DeadLock

수업

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🧵 주제

C++에서 DeadLock(교착 상태)이 발생하는 원인과 조건, 이를 예방하거나 회피하기 위한 실전 코드 예시, 락 순서 통일, std::lock, adopt_lock, 그리고 RAII 기반 락 관리 방법 정리

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📘 개념

✅ DeadLock(교착 상태)이란?

DeadLock은 둘 이상의 스레드나 프로세스가 서로의 자원을 점유하고 그 자원이 해제되기만을 기다리다가, 결국 모두가 영원히 대기 상태에 빠지는 현상이다. 이 상태에서는 어떤 작업도 더 이상 진행될 수 없다.

대표적 비유:

자물쇠가 2개 있고, 사용자 A는 자물쇠 1을 가지고 자물쇠 2를 기다리고, 사용자 B는 자물쇠 2를 가지고 자물쇠 1을 기다리는 상황.
이 구조는 영원히 해소되지 않는다 → 이것이 DeadLock.

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✅ DeadLock 발생 조건 (4가지 필수 조건)

조건	설명
상호배제 (Mutual Exclusion)	하나의 자원은 한 번에 한 프로세스만 사용할 수 있다.
점유 대기 (Hold and Wait)	자원을 점유한 상태에서, 다른 자원을 요청하며 기다린다.
비선점 (No Preemption)	이미 점유 중인 자원을 강제로 회수할 수 없다.
순환 대기 (Circular Wait)	대기 중인 프로세스들이 서로 자원을 점유하며 순환 구조를 이룬다.

➡️ 이 네 가지가 모두 만족되면 DeadLock이 발생할 수 있다.

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✅ DeadLock이 발생하는 코드 상황

두 개의 mutex를 사용하는 Add()와 Sub() 함수가 있다고 하자:

int sum = 0;
mutex mutexAdd;
mutex mutexSub;

Add() 함수

void Add()
{
	for (int i = 0; i < 1000; ++i)
	{
		mutexAdd.lock();
		mutexSub.lock();

		++sum;

		mutexAdd.unlock();
		mutexSub.unlock();
	}
}

Sub() 함수

void Sub()
{
	for (int i = 0; i < 1000; ++i)
	{
		mutexSub.lock();
		mutexAdd.lock();

		--sum;

		mutexSub.unlock();
		mutexAdd.unlock();
	}
}

Add()는 mutexAdd → mutexSub 순서로, Sub()는 mutexSub → mutexAdd 순서로 락을 건다.
두 스레드가 각자 첫 번째 락을 걸고, 서로 상대 락을 기다리면 DeadLock 발생.

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✅ 실무 예시: AccountManager와 UserManager 간 DeadLock

// UserManager::ProcessSave
Account* account = AccountManager::Instance()->GetAccount(100); // accountLock
lock_guard<mutex> guard(_mutex); // userLock

// AccountManager::ProcessLogin
lock_guard<mutex> guard(_mutex); // accountLock
User* user = UserManager::Instance()->GetUser(100); // userLock

락 획득 순서가 다르다.
하나는 account 먼저, 다른 하나는 user 먼저 → DeadLock 가능.

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📚 용어 정리

용어	설명
DeadLock	자원을 기다리며 스레드/프로세스가 멈추는 현상
mutex	상호 배제를 위한 기본 동기화 객체
lock_guard	생성 시 lock, 소멸 시 unlock (RAII 기반)
std::lock	여러 mutex를 동시에 DeadLock 없이 잠그는 함수
adopt_lock	이미 lock된 mutex를 RAII 객체에 위임하는 태그
RAII	객체 수명 주기로 자원을 자동 관리하는 C++ 패턴
순환 대기	자원 대기가 고리 구조로 반복되는 상태

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💻 코드 분석

✅ DeadLock 회피: std::lock + adopt_lock

mutex m1, m2;

std::lock(m1, m2); // DeadLock 없이 동시에 lock

std::unique_lock<mutex> u1(m1, adopt_lock);
std::unique_lock<mutex> u2(m2, adopt_lock);

• std::lock()은 내부적으로 안전한 순서로 락을 건다.
• 이후 adopt_lock을 통해 RAII로 자동 unlock을 위임한다.
• lock_guard 대신 unique_lock을 사용하면 move, defer_lock 같은 고급 제어도 가능.

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✅ DeadLock 회피 전략 요약

전략	설명
순서 통일	항상 같은 순서로 lock을 걸도록 강제 (ID로 정렬 등)
std::lock	락 순서를 자동 정렬하여 DeadLock 방지
RAII 활용	예외 발생이나 탈출 시에도 unlock이 자동으로 수행됨
탐지 알고리즘	그래프 순환 탐지로 DeadLock을 미리 발견 가능

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📷 시각화 이미지 설명

• 첫 번째 이미지: 두 사용자가 각각 자물쇠를 잡고 상대 자물쇠를 기다리는 구조 → DeadLock 시각적 표현.
• 두 번째 이미지: 프로세스 간 자원 요청이 순환 형태로 연결되어 있는 Directed Graph → 순환 대기 조건 설명용.

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🎯 핵심

• DeadLock은 4가지 조건(상호배제, 점유대기, 비선점, 순환대기)이 동시에 만족될 때 발생한다.
• 락을 거는 순서가 일관되지 않거나, 락 해제가 누락되면 DeadLock이 발생한다.
• 방지 전략은 다음과 같다:
  • 항상 락 획득 순서 통일
  • std::lock과 adopt_lock을 이용한 RAII 구조
  • 가능하다면 scoped_lock, try_lock 등도 고려
• DeadLock은 발생 이후 복구보다, 사전 예방이 훨씬 중요하다.

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