S12L22 - 멀티스레딩에서의 교착 상태

html

멀티스레딩에서 데드락 이해하기: 종합 가이드
목차

소개 ................................................................................... 1
데드락이란? ...................................................................... 3

2.1 정의 .................................................................................. 3
2.2 실생활 비유 .................................................................... 4


데드락의 원인 ....................................................................... 6

3.1 자원 점유 ........................................................................ 6
3.2 상호 배제 ........................................................................ 7
3.3 선점 불가 ............................................................................ 8
3.4 순환 대기 ............................................................................ 9


데드락 시나리오 재현 .................................................. 11

4.1 환경 설정 .................................................... 11
4.2 코드 이해 ................................................................ 13
4.3 데드락 실행 및 관찰 ......................................... 16


데드락 방지 ......................................................................... 19

5.1 재진입 가능 락 ......................................................................... 19
5.2 시도 락 ................................................................................... 21


결론 ........................................................................................ 24


소개
멀티스레딩 영역에서 리소스를 효율적으로 관리하는 것은 원활하고 오류 없는 애플리케이션 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다. 개발자가 직면하는 가장 악명 높은 문제 중 하나는 deadlock입니다. deadlock은 애플리케이션을 정지 상태로 만들어 응답이 없고 디버깅이 어려워질 수 있습니다.
이 가이드는 멀티스레딩 애플리케이션에서 deadlock의 개념을 깊이 있게 다루며, deadlock이 무엇인지, 어떻게 발생하는지, 그리고 이를 예방할 수 있는 전략을 명확하게 이해할 수 있도록 도와줍니다. 멀티스레딩에 처음 입문하는 초보자이든, 기초 지식을 확고히 하고자 하는 개발자이든, 이 종합 가이드는 여러분의 필요를 충족시킬 것입니다.
다루는 주요 사항:

deadlock의 정의 및 실생활 비유
deadlock을 유발하는 일반적인 원인
Java를 사용한 deadlock 시나리오의 단계별 재현
상세한 설명이 포함된 코드 분석
애플리케이션에서 deadlock을 방지하기 위한 예방 기술

deadlock을 이해하는 것은 효율적인 코드를 작성하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 애플리케이션이 견고하고 신뢰할 수 있도록 보장합니다.

데드락이란?
2.1 정의
deadlock은 두 개 이상의 스레드가 무기한 대기하며 각자가 다른 스레드가 해제하기를 기다리는 특정 조건입니다. 더 간단히 말하면, 각 스레드가 진행하기 위해 필요한 리소스를 서로가 점유하고 있어 스레드들이 정지 상태에 빠지는 상황입니다.
2.2 실생활 비유
두 친구, Alice와 Bob이 두 개의 공유 리소스인 펜과 공책을 사용하려고 한다고 상상해 보세요.

Alice가 먼저 펜을 집어 듭니다.
Bob가 먼저 공책을 집어 듭니다.
이제 Alice는 진행하기 위해 공책이 필요하지만, Bob이 그것을 점유하고 있습니다.
동시에, Bob은 계속하기 위해 펜이 필요하지만, Alice가 그것을 가지고 있습니다.

둘 다 진행할 수 없어 deadlock이 발생합니다.
이 시나리오는 적절한 동기화 없이 리소스를 상호 점유하면 무한정 진행이 중단될 수 있음을 보여줍니다.

데드락의 원인
deadlock의 근본 원인을 이해하는 것은 애플리케이션에서 이를 예방하는 데 매우 중요합니다. deadlock이 발생하기 위해서는 네 가지 주요 조건이 동시에 충족되어야 합니다:
3.1 자원 점유
스레드가 최소한 하나의 리소스를 점유하고 있으며, 다른 스레드가 현재 점유하고 있는 추가 리소스를 획득하기를 기다리고 있습니다.
3.2 상호 배제
최소한 하나의 리소스는 공유 불가능한 모드로 점유되어야 합니다. 어떠한 시점에도 하나의 스레드만이 해당 리소스를 사용할 수 있습니다.
3.3 선점 불가
리소스가 사용 완료될 때까지 이를 강제로 다른 스레드로부터 제거할 수 없습니다.
3.4 순환 대기
스레드 집합이 순환 형태로 서로를 기다리고 있으며, 각 스레드는 다음 스레드가 기다리는 리소스를 점유하고 있습니다.

데드락 시나리오 재현
deadlock의 개념을 실질적으로 이해하기 위해, 의도적으로 deadlock 상황을 생성하는 Java 예제를 살펴보겠습니다.
4.1 환경 설정
두 개의 스레드를 생성하여 서로 반대 순서로 두 개의 락을 획득하려고 시도함으로써 deadlock을 유발하는 간단한 Java 애플리케이션을 만들어보겠습니다.
단계별 가이드:

두 개의 락 생성:

        



		
		
			
			
Java
			
			String lock1 = "lock1";
String lock2 = "lock2";
			
				
					
				
					1
2
				
						String lock1 = "lock1";
String lock2 = "lock2";
					
				
			
		


    
두 개의 스레드 초기화:

        



		
		
			
			
Java
			
			Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        synchronized(lock1) {
            System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("Thread1: Waiting for lock2...");
            synchronized(lock2) {
                System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
            }
        }
    }
});

Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        synchronized(lock2) {
            System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("Thread2: Waiting for lock1...");
            synchronized(lock1) {
                System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
            }
        }
    }
});
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
				
						Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        synchronized(lock1) {
            System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("Thread1: Waiting for lock2...");
            synchronized(lock2) {
                System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
            }
        }
    }
});
 
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        synchronized(lock2) {
            System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("Thread2: Waiting for lock1...");
            synchronized(lock1) {
                System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
            }
        }
    }
});
					
				
			
		


    
스레드 시작:

        



		
		
			
			
Java
			
			thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
				
						thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
					
				
			
		


    

4.2 코드 이해
코드에서 어떤 일이 일어나는지 분석해 보겠습니다:

락 생성:

        



		
		
			
			
Java
			
			String lock1 = "lock1";
String lock2 = "lock2";
			
				
					
				
					1
2
				
						String lock1 = "lock1";
String lock2 = "lock2";
					
				
			
		


두 개의 문자열 객체가 락으로 사용됩니다. Java에서는 어떤 객체라도 동기화를 위한 락으로 사용할 수 있습니다.

스레드1 실행:

        



		
		
			
			
Java
			
			synchronized(lock1) {
    System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
    try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
    System.out.println("Thread1: Waiting for lock2...");
    synchronized(lock2) {
        System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
    }
}
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
7
8
				
						synchronized(lock1) {
    System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
    try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
    System.out.println("Thread1: Waiting for lock2...");
    synchronized(lock2) {
        System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
    }
}
					
				
			
		



lock1 획득
100ms 동안 대기하여 일부 처리 시간을 시뮬레이션
lock2 획득 시도


스레드2 실행:

        



		
		
			
			
Java
			
			synchronized(lock2) {
    System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
    try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
    System.out.println("Thread2: Waiting for lock1...");
    synchronized(lock1) {
        System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
    }
}
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
7
8
				
						synchronized(lock2) {
    System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
    try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
    System.out.println("Thread2: Waiting for lock1...");
    synchronized(lock1) {
        System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
    }
}
					
				
			
		



lock2 획득
100ms 동안 대기
lock1 획득 시도



4.3 데드락 실행 및 관찰
위 프로그램을 실행하면 다음과 같은 일련의 이벤트가 발생합니다:

Thread1이 시작되고 lock1을 획득합니다.
Thread2가 시작되고 lock2을 획득합니다.
Thread1이 lock2을 획득하려고 시도하지만, Thread2이 그것을 점유하고 있기 때문에 차단됩니다.
Thread2가 lock1을 획득하려고 시도하지만, Thread1이 그것을 점유하고 있기 때문에 차단됩니다.
두 스레드 모두 무한정 기다리게 되어 deadlock이 발생합니다.

예상 출력:




		
		
			
			
Java
			
			Thread1: Holding lock1...
Thread2: Holding lock2...
Thread1: Waiting for lock2...
Thread2: Waiting for lock1...
			
				
					
				
					1
2
3
4
				
						Thread1: Holding lock1...
Thread2: Holding lock2...
Thread1: Waiting for lock2...
Thread2: Waiting for lock1...
					
				
			
		


프로그램은 이 시점에서 멈추어 deadlock이 발생했음을 나타냅니다.

데드락 방지
deadlock은 심각한 문제이지만, 멀티스레딩 애플리케이션에서 이를 방지할 수 있는 여러 가지 전략이 있습니다.
5.1 재진입 가능 락
ReentrantLock은 스레드가 이미 소유하고 있는 락을 다시 획득할 수 있도록 합니다. 이러한 유연성은 스레드가 락을 다시 획득하여 차단되지 않도록 함으로써 deadlock을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
예시:




		
		
			
			
Java
			
			import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    lock1.lock();
    try {
        System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
        Thread.sleep(100);
        lock2.lock();
        try {
            System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
        } finally {
            lock2.unlock();
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        lock1.unlock();
    }
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    lock2.lock();
    try {
        System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
        Thread.sleep(100);
        lock1.lock();
        try {
            System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
        } finally {
            lock1.unlock();
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        lock2.unlock();
    }
});

thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
				
						import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
 
Thread thread1 = new Thread(() -> {
    lock1.lock();
    try {
        System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
        Thread.sleep(100);
        lock2.lock();
        try {
            System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
        } finally {
            lock2.unlock();
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        lock1.unlock();
    }
});
 
Thread thread2 = new Thread(() -> {
    lock2.lock();
    try {
        System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
        Thread.sleep(100);
        lock1.lock();
        try {
            System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
        } finally {
            lock1.unlock();
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        lock2.unlock();
    }
});
 
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
					
				
			
		


설명:

ReentrantLock은 동일한 스레드가 같은 락을 여러 번 획득할 수 있도록 합니다.
finally 블록에서 적절하게 락을 해제하면 예외가 발생하더라도 락이 해제되도록 보장할 수 있습니다.
이는 본질적으로 deadlock을 방지하지는 않지만, 락 관리를 더 유연하게 할 수 있도록 합니다.

5.2 시도 락
tryLock()을 타임아웃과 함께 사용하면 스레드가 무한정 락을 기다리지 않도록 하여 deadlock을 방지할 수 있습니다.
예시:




		
		
			
			
Java
			
			import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    try {
        if(lock1.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
                Thread.sleep(100);
                if(lock2.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    try {
                        System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
                    } finally {
                        lock2.unlock();
                    }
                } else {
                    System.out.println("Thread1: Could not acquire lock2.");
                }
            } finally {
                lock1.unlock();
            }
        } else {
            System.out.println("Thread1: Could not acquire lock1.");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    try {
        if(lock2.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
                Thread.sleep(100);
                if(lock1.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    try {
                        System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
                    } finally {
                        lock1.unlock();
                    }
                } else {
                    System.out.println("Thread2: Could not acquire lock1.");
                }
            } finally {
                lock2.unlock();
            }
        } else {
            System.out.println("Thread2: Could not acquire lock2.");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});

thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
				
						import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
 
Thread thread1 = new Thread(() -> {
    try {
        if(lock1.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                System.out.println("Thread1: Holding lock1...");
                Thread.sleep(100);
                if(lock2.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    try {
                        System.out.println("Thread1: Holding lock1 & lock2...");
                    } finally {
                        lock2.unlock();
                    }
                } else {
                    System.out.println("Thread1: Could not acquire lock2.");
                }
            } finally {
                lock1.unlock();
            }
        } else {
            System.out.println("Thread1: Could not acquire lock1.");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});
 
Thread thread2 = new Thread(() -> {
    try {
        if(lock2.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                System.out.println("Thread2: Holding lock2...");
                Thread.sleep(100);
                if(lock1.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    try {
                        System.out.println("Thread2: Holding lock2 & lock1...");
                    } finally {
                        lock1.unlock();
                    }
                } else {
                    System.out.println("Thread2: Could not acquire lock1.");
                }
            } finally {
                lock2.unlock();
            }
        } else {
            System.out.println("Thread2: Could not acquire lock2.");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});
 
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Main thread finished.");
					
				
			
		


설명:

tryLock(long timeout, TimeUnit unit): 지정된 타임아웃 내에 락을 획득하려고 시도합니다.
스레드가 타임아웃 내에 락을 획득하지 못하면, 무한정 기다리는 대신 상황을 우아하게 처리할 수 있습니다.
이 접근 방식은 스레드가 영원히 대기하지 않도록 하여 deadlock 가능성을 줄입니다.


결론
deadlock은 멀티스레딩 애플리케이션에서 널리 발생하는 문제로, 응답하지 않는 프로그램과 어려운 디버깅 시나리오를 초래합니다. deadlock의 원인을 이해하고 ReentrantLocks와 tryLock()과 같은 예방 전략을 구현함으로써 개발자는 더 견고하고 신뢰할 수 있는 애플리케이션을 만들 수 있습니다.
주요 요점:

Deadlock 정의: 스레드가 서로가 소유한 리소스를 기다리며 영원히 차단되는 상태.
원인: 자원 점유, 상호 배제, 선점 불가, 순환 대기.
방지 기술: ReentrantLocks 사용, 타임아웃과 함께 tryLock 구현, 락 획득 순서 설계.
실질적 영향: 적절한 동기화는 deadlock을 방지하는 데 중요하며, 효율적인 자원 관리와 애플리케이션 안정성을 보장합니다.

이러한 관행을 도입함으로써 애플리케이션에서 deadlock의 위험을 최소화하여 보다 원활하고 효율적인 멀티스레딩 운영을 실현할 수 있습니다.
SEO 키워드: deadlock, multithreading, threads, synchronization, ReentrantLock, tryLock, Java deadlock example, preventing deadlocks, deadlock causes, resource management, concurrent programming, thread synchronization, multithreaded application, deadlock prevention strategies
참고: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.