(Day 50) Thread, Mutex와 Semaphore

게시 2024/01/24

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By Joonhoe Kim 17 분읽는 시간

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Review

클라우드에 리눅스 서버 생성하기

VPC (Virtual Private Cloud) 설정하기
- ACL 설정하기 (Access Control List)
- Subnet mask 설정하기 (VPC 안에서 사용할 비트)
서버 생성하기
- Server ACG 설정하기 (Access Control Group)
- 커널 업데이트를 지원하지 않으므로 생성시 주의
SSH (Secure Shell) 접속하기
- 맥이나 리눅스: OpenSSH가 기본 설치되어 있음
- 윈도우: 전에는 Putty를 SSH 클라이언트로 사용했는데, 윈도우 터미널에서 OpenSSH를 제공하기 시작함.
  - 터미널은 윈도우11부터는 기본 설치되어 있음 (없는 경우는 MS Store에서 설치하면 됨)

VPC

ACG

Network ACL

Subnet

SSH

병행처리

Fork VS Thread

fork는 프로세스의 힙메모리까지 복사하기 때문에 메모리 낭비가 크다.

JVM Thread Structure

JVM이 프로세스이며, main 스레드가 main() 호출한다.

Thread, Runnable

Thread, Thread Group

Virtual Thread(JDK 21 ~)

Context Switching

TIL

Linux

기호

터미널에서 유저 권한과 현재 경로 바로 알 수 있다.

student@bitcampncp-server1:~$ ls

유저이름 @ 서버이름 : 경로 권한 CLI 명령어 입력란

이런 모양을 보여준다.

경로에 대한 기호는,

홈 경로에 있는 경우는 ~ 기호로 줄여 표현한다.
이외의 경우는 /으로 루트를 표현한다.

권한은 아래 기호 차이로 알 수 있다.

일반 사용자인 경우, $ 을 Prompt 기호로 사용한다.
관리자(루트)인 경우, # 을 Prompt 기호로 사용한다.
sudo
sudo는 super user do를 줄인 말이다. 슈퍼유저(관리자)로서 행하겠다고 알려주는 것이다. 프롬프트 기호가 #으로 시작하는 경우라면 붙일 필요가 없다. ‘수도’라고 발음하기보단, ‘슈두’ 정도로 읽어주는 게 적절하다. super user do 라서 그렇다.

계정 추가 및 권한 설정

관리자 권한에서,

  
adduser 유저이름 #유저 추가하기 (홈폴더 자동 생성)
...
usermod -aG sudo studnet #관리자 목록에 추가하기

IP 주소할당 방법

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

주소/프리픽스 길이 형식으로 표현한다. IPv4 주소가 고갈 예정이었던 1990년대, #TODO 사이더 블록

Thread

Thread Life Cycle

출처

스레드는 Running, Not Runnable 두 가지 상태가 존재한다.

Running: CPU 자원을 사용할 수 있다!
Not Runnable: CPU 자원을 사용할 수 없다!

한번 죽은 스레드는, 즉 run() 메서드가 종료된 스레드는 다시 running 상태로 돌아갈 수 없다. (다시 run() 메서드를 실행하는 것이 불가하다!) 이 경우 스레드 객체는 예외를 반환하는데, Java.lang.IllegalThreadStateException 예외를 반환한다.

Race Condition

Race Condition는 경쟁 상태로 번역된다.

공유 자원(CPU 등)에 대해 여러 포르세스가 동시에 접근을 시도할 때
순서, 간섭이 가능할 때

두 조건이 모두 만족될 때 race condition이 성립한다.

Critical Section(=Critical Region, 임계 영역)

아래 코드에서 add()가 임계 영역이다. 여러 스레드가 같은 변수의 값을 변경할 때, 기존 값을 덮어 쓸 수 있는 문제가 발생할 수 있는 코드를 임계 영역이라고 한다.

Critical Section 혹은 Critical Resion 이 있는 코드는 Thread-unsafe 하다.

  
// 멀티 스레딩(비동기 프로그래밍)의 문제점 - 사례 1 
package com.eomcs.concurrent.ex5;

public class Exam0110 {

  static class MyList {
    int[] values = new int[100];
    int size;

    public void add(int value) {
      // 여러 스레드가 동시에 이 메서드에 진입하면 
      // 배열의 값을 덮어쓰는 문제가 발생한다.
      // 이렇게 여러 스레드가 동시에 접근했을 때 문제가 발생하는 코드 부분을
      // "Critical Section" 또는 "Critical Region" 이라 부른다.
      if (size >= values.length) {
        delay();
        return;
      }
      delay();
      values[size] = value;
      delay();
      size = size + 1;
      delay();
    }

    public void print() {
      for (int i = 0; i < size; i++) {
        System.out.printf("%d:  %d\n", i, values[i]);
      }
    }

    public void delay() {
      int count = (int)(Math.random() * 1000);
      for (int i = 0; i < count; i++) {
        Math.atan(34.1234);
      }
    }
  }

  static class Worker extends Thread {
    MyList list;
    int value;

    public Worker(MyList list, int value) {
      this.list = list;
      this.value =  value;
    }

    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 20; i++) {
        list.add(value);
      }
    }
  }

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    MyList list = new MyList();

    Worker w1 = new Worker(list, 111);
    Worker w2 = new Worker(list, 222);
    Worker w3 = new Worker(list, 333);

    w1.start();
    w2.start();
    w3.start();

    Thread.sleep(10000);

    list.print();
  }

}

위 코드에서 100개의 int 배열에 size 를 인덱스로 하여 3개의 스레드가 race condtition으로 값을 할당한다.

그런데 size = size + 1; 코드가 뒤에 있어서, 만약 이 라인이 실행되기 전에 다른 스레드에게 CPU를 뺏기는 경우 size가 증가하기 전인, 같은 인덱스에 덮어쓰는 문제가 생긴다.

이렇게 여러 스레드가 같은 변수의 값을 변경하는 경우 문제가 생길 수 있다.

Thread-unsafe 는 값을 쓰는 코드에서만 발생한다.
값을 조회만 하는 경우는 Thread-safe 하다.

Thread-Safe(Semaphore, Mutex)

스레드에 안전한 코드로 변경하기 위해서는

경쟁 상태에서 덮어쓰는 일이 없도록 만드는 방법
임계 영역에는 한번에 하나의 스레드만 진입가능하도록 제한하는 방법이 있다.
Semaphore
- Semaphore N` 이라고 하면, 동시에 들어올 수 있는 스레드가 N개 라는 의미다.
- 자바에서는 오로지 Semaphore 1 만을 지원한다. 1이 아닌 다른 Semaphore N을 구현하는 방법이 없다.
Mutex(Mutually )
- Semaphore 1 의 다른 이름이 Mutual Exclusion이다. 줄여 말해서 Mutex.
  자바에서 Semaphore 1 을 메서드에 구현하는 방법은 간단하다. synchronized 키워드를 modifier 앞에 붙여주면 된다.

위 임계영역 예제의 add()에 적용하면 다음과 같다.

  
synchronized public void add(int value) {
      if (size >= values.length) {
        delay();
        return;
      }
      values[size] = value;
      size = size + 1;
    }

P(Wait)연산과 V(Signal)연산

정수 변수 하나를 스레드 진입과 종료를 구별하기 위해 쓴다고 생각하면 된다. 세마포어에 스레드가 나갈 때 P연산으로 세마포어 값을 줄이고, 스레드가 나갈 때 V연산하여 세마포어 값을 증가시킨다.

Dead lock

간단하게 말하면, synchronized 임계영역에서 wait하는 코드들이 있다면 위험하다! 길게 말하면…

Mutex 구현을 위한 synchronized 쓴다면

병행처리의 장점이 없어진다….! 순차 처리랑 다를 게 없어진다. 그런데 인스턴스와 결합하면 이야기가 달라진다. 인스턴스 메서드가 synchronized 된다는 것은 아래와 같은 의미가 된다.

같은 변수에 대해서는 여러 스레드가 동시에 진입하는 것을 막지만
다른 인스턴스라면 여러 스레드가 동시에 진입하는 걸 막지 않는다. (병행 처리를 하게 된다.)

  
// synchronized - 인스턴스 메서드에 적용
package com.eomcs.concurrent.ex5;

public class Exam0610 {
  public static void main(String... args) {
    Job job1 = new Job();
    Job job2 = new Job();
    Job job3 = new Job();

    Worker1 w1 = new Worker1("HongGilDong", job1);
    Worker2 w2 = new Worker2("ImGgeokJeong", job2);
    Worker3 w3 = new Worker3("GimGoo", job3);

    w1.start();
    w2.start();
    w3.start();
  }


  static class Worker1 extends Thread {
    Job job;

    public Worker1(String name, Job job) {
      super(name);
      this.job = job;
    }

    @Override
    public void run() {
      try {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
          job.play(getName());
        }
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

  static class Worker2 extends Thread {
    Job job;

    public Worker2(String name, Job job) {
      super(name);
      this.job = job;
    }

    @Override
    public void run() {
      try {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
          job.play(getName());
        }
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

  static class Worker3 extends Thread {
    Job job;

    public Worker3(String name, Job job) {
      super(name);
      this.job = job;
    }

    @Override
    public void run() {
      try {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
          job.play(getName());
        }
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

  static class Job {
    synchronized void play(String name) throws Exception {
      System.out.println(name);
      Thread.sleep(200);
    }
  }
}

여러 Worker(스레드)가 Job을 처리하려고 한다면,

synchronized job이라면
- 동일 인스턴스에 대해서
  - 하나의 worker만이 접근가능하다.
  - 나머지는 대기해야 한다.
- 다른 인스턴스에 대해서
  - 1개의 인스턴스에 1개의 스레드만 접근 가능하다.
  - 다른 인스턴스에 대한 것이라면 대기할 필요가 없다.

다른 synchronized 메서드에 대해서도 막는다.

Others

인터넷 강의의 특징

수동적으로 보게 됨. 집중하기 힘듦. 반복시에 매번 같은 컨텐츠가 제공됨. 그래서 반복해서 보기에는 좋음. 낯선 경우는 더 반복을 해야 함.

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개발스터디
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수료후
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  - 자소서, 면접 준비
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- 클라우드 서비스 관리 역량
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- 기존 강점과 개발역량을 융합 (비전공)
  - 단점을 장점으로
  - 기술 블로그에 추가 카테고리를 가질 것
    - ex. 금융, 수학 등등… 원하는 분야로
- CS
  - 비전공이면 오히려 더 많은 질문이 들어올 것
  - 문제 해결시 필요하니 꾸준히 공부해나가야 할 내용!
- 포트폴리오 사이트 만들기
  - HTML/CSS/JS 배우고 나면 만들기!
  - PDF/GIT Repo로 만들지 말고, 웹페이지로 만들자!
    - 템플릿 이용하는 경우도 있고
    - 직접 만드는 경우도 있고
동기들하고 연락하기
아쉬웠던 점
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  - 대부분 CRUD 의 반복이다보니..
  - API 이것저것 붙이는 것보다 보안, 성능, 유지보수 고려해보기
  - 예시
    - Login Flow
      - 단순 구현
        DB에 사용자 개인정보 그대로 저장
        사용자가 입력한 데이터를 DB 데이터와 비교
      - 깊게 생각하기
        암호화하여 해시값만 DB 저장
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