관리 스레딩을 구현하는 최선의 방법

아티클
04/08/2023

다중 스레딩에는 신중한 프로그래밍이 필요합니다. 대부분의 작업의 경우 스레드 풀 스레드로 실행에 대한 요청을 큐에 대기시켜 복잡성을 줄일 수 있습니다. 이 항목에서는 다중 스레드의 작업 조정 또는 차단되는 스레드 처리 등의 더욱 어려운 상황을 다룹니다.

참고 항목

.NET Framework 4부터 작업 병렬 라이브러리 및 PLINQ는 다중 스레드 프로그래밍의 일부 복잡성 및 위험을 줄여주는 API를 제공합니다. 자세한 내용은 .NET의 병렬 프로그래밍을 참조하세요.

교착 상태 및 경합 상태

다중 스레딩은 처리량 및 응답성을 사용하여 문제를 해결하지만 이 과정에서 교착 상태 및 경합 상태의 새로운 문제를 유발합니다.

교착 상태

교착 상태는 두 개의 각 스레드가 다른 스레드가 이미 잠근 리소스를 잠그려고 할 때 발생합니다. 두 스레드는 더 이상 진행할 수 없습니다.

관리되는 스레딩 클래스의 많은 메서드는 교착 상태를 감지하는 데 도움이 되는 시간 제한을 제공합니다. 예를 들어 다음 코드는 lockObject라는 개체에 대한 잠금을 획득하려고 합니다. 잠금이 300밀리초 내에 획득되지 않으면 Monitor.TryEnter는 false를 반환합니다.

If Monitor.TryEnter(lockObject, 300) Then  
    Try  
        ' Place code protected by the Monitor here.  
    Finally  
        Monitor.Exit(lockObject)  
    End Try  
Else  
    ' Code to execute if the attempt times out.  
End If

if (Monitor.TryEnter(lockObject, 300)) {  
    try {  
        // Place code protected by the Monitor here.  
    }  
    finally {  
        Monitor.Exit(lockObject);  
    }  
}  
else {  
    // Code to execute if the attempt times out.  
}

경합 조건

경합 상태는 두 개 이상의 스레드에 의존하는 프로그램의 결과가 특정 코드 블록에 먼저 도달하는 경우에 발생하는 버그입니다. 프로그램을 여러 번 실행하면 서로 다른 결과를 생성하며 지정된 실행의 결과는 예측할 수 없습니다.

경합 상태의 간단한 예는 필드를 증가시키는 경우입니다. 클래스에 objCt++;(C#) 또는 objCt += 1(Visual Basic)과 같은 코드를 사용하는, 클래스의 인스턴스가 생성될 때마다 증가되는 개인 정적 필드(Visual Basic에서 Shared)가 있다고 가정합니다. 이 작업은 objCt에서 레지스터로 값을 로드하고, 값을 증가시키고 objCt에 저장해야 합니다.

다중 스레드 애플리케이션에서 값을 로드하고 증가시킨 스레드는 세 단계 모두를 수행하는 다른 스레드에 의해 선점될 수 있습니다. 첫 번째 스레드가 실행을 다시 시작하고 해당 값을 저장할 때 그 사이에 값이 변경된 사실을 고려하지 않고 objCt를 덮어씁니다.

이 특정 경합 상태는 Interlocked.Increment와 같은 Interlocked 클래스의 메서드를 사용하여 쉽게 피할 수 있습니다. 다중 스레딩 간에 데이터를 동기화하는 다른 기술에 대해 알아보려면 다중 스레딩을 위한 데이터 동기화를 참조하세요.

경합 상태는 다중 스레드의 작업을 동기화할 때에도 발생할 수 있습니다. 코드 줄을 작성할 때마다 줄을 실행하기 전에(또는 줄을 구성하는 개별 컴퓨터 명령 전에) 스레드가 선점되었고 다른 스레드가 먼저 사용한 경우 발생할 수 있는 상황을 고려해야 합니다.

정적 멤버 및 정적 생성자

클래스는 해당 클래스 생성자(C#에서 static 생성자, Visual Basic에서 Shared Sub New)가 실행을 완료할 때까지 초기화되지 않습니다. 초기화되지 않는 형식에서 코드의 실행을 방지하려면 공용 언어 런타임은 클래스 생성자가 실행을 완료할 때까지 다른 스레드에서 클래스의 static 멤버(Visual Basic에서 Shared 멤버)로 모든 호출을 차단합니다.

예를 들어 클래스 생성자가 새 스레드를 시작하고 스레드 프로시저가 클래스의 static 멤버를 호출하는 경우 새 스레드는 클래스 생성자가 완료할 때까지 차단됩니다.

이는 static 생성자를 가질 수 있는 모든 형식에 적용됩니다.

프로세서 수

시스템에 다중 프로세서 또는 하나의 프로세스만 사용할 수 있는지 여부에 따라 다중 스레드 아키텍처가 영향을 받을 수 있습니다. 자세한 내용은 프로세서의 수를 참조하세요.

런타임 시 사용 가능한 프로세서 수를 확인하려면 Environment.ProcessorCount 속성을 사용합니다.

일반 권장 사항

다중 스레드를 사용하는 경우 다음 지침을 고려합니다.

다른 스레드를 종료하는 데 Thread.Abort를 사용하지 마세요. 다른 스레드에서 Abort을(를) 호출하는 것은 스레드가 처리에서 도달한 지점을 알지 못하고 해당 스레드에서 예외를 throw하는 것과 비슷합니다.
여러 스레드의 활동을 동기화하는 데 Thread.Suspend 및 Thread.Resume을 사용하지 마세요. Mutex, ManualResetEvent, AutoResetEvent 및 Monitor를 사용하세요.
기본 프로그램(예: 이벤트 사용)에서 작업자 스레드의 실행을 제어하지 마세요. 대신 작업자 스레드가 작업을 확보할 때까지 대기하고, 실행하고, 완료되면 프로그램의 다른 부분에 알릴 수 있도록 프로그램을 디자인합니다. 작업자 스레드가 차단되지 않는 경우 스레드 풀 스레드를 사용하는 것이 좋습니다. Monitor.PulseAll은 작업자 스레드가 차단되는 경우에 유용합니다.
잠금 개체로 형식을 사용하지 마세요. 즉, C#에서 lock(typeof(X)) 또는 Visual Basic에서 SyncLock(GetType(X))과 같은 코드를 피하거나 Type 개체와 함께 Monitor.Enter을 사용하지 마세요. 제공된 형식의 경우 애플리케이션 도메인당 System.Type 인스턴스가 하나만 있습니다. 잠금을 사용하는 형식이 공용인 경우 개인 외의 코드는 잠금을 사용할 수 있으며 교착 상태가 발생합니다. 추가 문제는 최선의 안정성 구현 방법을 참조하세요.
인스턴스를 잠글 때 주의합니다(예: C#에서 lock(this) 또는 Visual Basic에서 SyncLock(Me)). 형식 외부의 애플리케이션에 있는 다른 코드가 개체에서 잠금을 사용하는 경우 교착 상태가 발생할 수 있습니다.
모니터링을 시작한 스레드가 모니터링 중에 있는 동안 예외가 발생한 경우에도 항상 해당 모니터링을 유지하는지 확인합니다. C# lock 문 및 Visual Basic SyncLock 문은 Monitor.Exit이 호출되었는지 확인하는 finally 블록을 사용하여 이 동작을 자동으로 제공합니다. Exit이 호출될지 확인할 수 없는 경우 뮤텍스를 사용하도록 설계를 변경하는 것이 좋습니다. 뮤텍스는 현재 소유하고 있는 스레드가 종료되면 자동으로 해제됩니다.
다른 리소스를 필요로 하는 작업에 대해 다중 스레드를 사용하고 단일 리소스에 다중 스레드를 할당하지 마세요. 예를 들어 해당 스레드는 I/O 작업 중에 차단되어 다른 스레드의 실행을 허용하므로 I/O와 관련된 모든 작업은 자체 스레드를 소유함으로써 이익을 얻습니다. 사용자 입력은 전용 스레드를 활용하는 다른 리소스입니다. 단일 프로세서 컴퓨터에서 집중적 계산을 포함하는 작업은 사용자 입력 및 I/O와 관련된 작업과 공존하지만 여러 계산 집약적인 작업은 서로 경쟁합니다.
간단한 상태 변경에 lock 문(Visual Basic의 SyncLock)을 사용하는 대신 Interlocked 클래스의 메서드를 사용하는 것이 좋습니다. lock 문은 좋은 일반 용도의 도구이지만 Interlocked 클래스는 원자성이어야 하는 업데이트에 더 나은 성능을 제공합니다. 경합이 없는 경우 내부적으로 단일 잠금 접두사를 실행합니다. 코드 검토에서 다음 예제에서와 같은 코드를 감시합니다. 첫 번째 예제에서 상태 변수가 증가됩니다.
```
SyncLock lockObject  
    myField += 1  
End SyncLock  
```
```
lock(lockObject)
{  
    myField++;  
}  
```
다음과 같이 lock 문 대신 Increment 메서드를 사용하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.
```
System.Threading.Interlocked.Increment(myField)  
```
```
System.Threading.Interlocked.Increment(myField);  
```
참고 항목

1보다 큰 원자성 증분에 Add 메서드를 사용합니다.

두 번째 예제에서 참조 형식 변수는 null 참조인 경우에만 업데이트됩니다(Visual Basic에서 Nothing).
```
If x Is Nothing Then  
    SyncLock lockObject  
        If x Is Nothing Then  
            x = y  
        End If  
    End SyncLock  
End If  
```
```
if (x == null)  
{  
    lock (lockObject)  
    {  
        x ??= y;
    }  
}  
```
다음과 같이 CompareExchange 메서드를 대신 사용하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.
```
System.Threading.Interlocked.CompareExchange(x, y, Nothing)  
```
```
System.Threading.Interlocked.CompareExchange(ref x, y, null);  
```
참고 항목

CompareExchange<T>(T, T, T) 메서드 오버로드는 참조 형식에 대해 형식이 안전한 대안을 제공합니다.

클래스 라이브러리에 대한 권장 사항

다중 스레딩에 대한 클래스 라이브러리를 설계할 때 다음 지침을 고려합니다.

가능한 경우 동기화의 필요성을 피합니다. 많이 사용되는 코드의 경우 특히 그렇습니다. 예를 들어 경합 상태를 제거하는 대신 허용하도록 알고리즘을 조정할 수 있습니다. 불필요한 동기화는 성능을 저하시키고 교착 상태 및 경합 상태의 가능성을 만듭니다.
기본적으로 정적 데이터(Visual Basic에서 Shared)를 스레드로부터 안전하게 만듭니다.
기본적으로 인스턴스 데이터를 스레드로부터 안전하게 만들지 마세요. 스레드로부터 안전한 코드를 만드는 잠금을 추가하면 성능을 저하시키고 잠금 경합이 증가하고 교착 상태가 발생할 가능성을 만듭니다. 공용 애플리케이션 모델에서 한 번에 하나의 스레드만이 스레드 보안의 필요성을 최소화하는 사용자 코드를 실행합니다. 이러한 이유로 .NET 클래스 라이브러리는 기본적으로 스레드로부터 안전하지 않습니다.
정적 상태를 변경하는 정적 메서드를 제공 하지 마세요. 일반적인 서버 시나리오에서 정적 상태는 요청 간 공유되며 여러 스레드가 동시에 해당 코드를 실행할 수 있음을 의미합니다. 스레드 버그가 발생할 가능성을 엽니다. 요청 간에 공유되지 않는 인스턴스로 데이터를 캡슐화하는 디자인 패턴을 사용하는 것이 좋습니다. 또한 정적 데이터가 동기화되는 경우 상태를 변경하는 정적 메서드 간 호출은 성능에 부정적인 영향을 주어 교착 상태 또는 중복된 동기화를 발생시킬 수 있습니다.