뮤텍스와 세마포어에 대해 설명해주세요

[ay-eonii]

뮤텍스와 세마포어는 동시성 제어를 위한 기법입니다.

뮤텍스는 한 번에 하나의 쓰레드만 자원에 접근할 수 있으며,
세마포어는 동시 작업 수를 설정해 여러 개의 쓰레드가 동시에 제한된 수만큼만 접근하도록 제어하는 메커니즘

[Libienz]

Spin Lock과 Blocking Lock(뮤텍스, 세마포어 등)을 비교해주세요.

[ay-eonii]

Spin Lock은 락을 얻기 위해 지속적으로 확인을 하는 방식이며,
Blocking Lock은 다른 스레드가 락을 보유하고 있다면 절전 상태로 들어갑니다.

[Libienz]

Spin Lock과 Blocking Lock은 각각 어느 상황에 적합한가요?

[ay-eonii]

Spin Lock은 락 점유시간이 짧은 경우 유용합니다. 컨텍스트 스위칭보다 잠시 대기 후 짧게 사용하는 게 경제적인 경우 적합합니다.
Blocking Lock은 반대로 점유시간이 길어 오래 대기해야하는 경우나 경쟁자가 많아 대기시간이 긴 경우 적합합니다.

[Libienz]

동시에 많은 요청을 처리해야하는 서버에서는 뮤텍스와 세마포어 중 어떤 것이 적합할까요?

[ay-eonii]

세마포어가 적합할 것 같습니다.
뮤텍스는 항상 1개 스레드만 허용하므로 요청을 처리하는 과정에서 병목이 발생할 수 있습니다.
대표적으로 톰캣 커넥션풀도 개념적으로는 세마포어 처럼 처리합니다.

[helenason]

뮤텍스와 세마포어의 차이점을 설명해주세요.

[ay-eonii]

뮤텍스는 단 하나의 스레드만 임계영역을 실행하지만,
세마포어는 설정한 개수 내에서 여러개의 스레드가 실행할 수 있습니다.

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채영: 락을 해제하는 방법에도 차이가 있는데요. 그 차이점도 함께 설명해주세요.

뮤텍스는 소유 스레드만 락을 해제할 수 있으며 락을 해제한 뒤 다른 스레드가 점유하는 방식이지만,
세마포어는 어떤 스레드가 락을 소유했는지 모르기 때문에 아무 스레드나 카운터 값을 증가시키고 다른 스레드가 자원을 사용하는 방식입니다.

[helenason]

뮤텍스와 세마포어의 고수준 동기화 기법인 모니터에 대해 설명해주세요.

[ay-eonii]

모니터는 락과 조건 변수를 지원하는 고수준 동기화 기법입니다.

자바에서는 synchronized 블록과 wait(), notify() 조합을 모니터로 볼 수 있습니다.
synchronized 블록에 하나의 스레드만 접근할 수 있는 것은 락을 획득했음을 의미하며,
스레드 간의 조건 협력이 필요한 경우 wait()를 호출해 락을 해제하고 대기 상태에 진입합니다.
이후 다른 스레드가 조건을 만족시키고 notify() 또는 notifyAll()을 호출하면, 대기 중이던 스레드는 락을 다시 획득한 후 작업을 재개합니다.

[helenason]

자바가 모니터를 구현하기 위해 사용하는 entry set과 wait set에 대해 설명해주세요. 이들을 어떻게 활용하여 동기화를 제공하나요?

[ay-eonii]

entry set은 synchronized 블록에 진입을 시도하는 스레드들이 대기하는 큐입니다.
wait set은 obj.wait()을 호출한 스레드가 자발적으로 대기 상태로 들어가는 큐입니다.

entry set에서 락을 획득하길 대기하고, 락을 보유한 스레드는 조건에 걸리는 경우 락을 반납하고 wait set에서 대기합니다. wait set에서 대기하던 스레드는 다른 스레드의 호출에 의해 다시 entry set에서 락을 획득하려고 경쟁합니다.

[ehtjsv2]

본인이 사용해본 어떤 기술이든, 뮤텍스 또는 세마포어가 적용되어 있는 기술을 사용해본 적이 있나요? 예를 들면, 히카리 커넥션 풀은 어떤 잠금을 사용할까요?

[ay-eonii]

말씀해주신 히카리 커넥션 풀와 ScheduledThreadPoolExecutor를 통해 뮤텍스와 세마포어 기반의 자원 관리를 간접적으로 경험했습니다.

히카리 커넥션 풀은 세마포어 개념을 차용해 커넥션 풀의 자원 개수를 제어합니다. 또한 커넥션 회수, 반납 등 상태 변경이 발생하는 부분은 락으로 보호하여 뮤텍스 개념도 사용합니다.

ScheduledThreadPoolExecutor에서 작업을 적재하는 DelayedWorkQueue에서 작업을 가져올 뮤텍스 개념이 사용되었습니다. 또한 가져올 작업이 없는 경우 락을 풀고 대기했다가 다른 스레드에 의해 깨워집니다. 이는 조건 변수를 사용함으로써 고수준 동기화 기법인 모니터를 사용했다고 볼 수 있습니다.