C# 스레드와 태스크

1. 프로세스와 스레드의 기초

• 프로세스(Process): 실행 중인 프로그램을 의미합니다. 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가집니다. 마치 컴퓨터에서 실행되는 여러 개의 독립적인 애플리케이션과 같습니다.
• 스레드(Thread): 프로세스 내에서 실행되는 실행 단위입니다. 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가질 수 있습니다. 스레드는 프로세스의 메모리 공간을 공유합니다. 마치 한 애플리케이션 내에서 동시에 여러 기능을 수행하는 것과 같습니다.

2. 스레드 다루기: 생성, 시작, 대기, 종료

C#에서 스레드는 System.Threading.Thread 클래스를 사용하여 생성하고 관리할 수 있습니다.

• 스레드 생성 및 시작: Thread 클래스의 인스턴스를 생성하고 Start() 메서드를 호출하여 스레드를 시작합니다. 스레드는 실행할 메서드를 인자로 받아 생성됩니다.

  static void DoSomething() { ... } // 스레드가 실행할 메서드
  Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(DoSomething)); // Thread 인스턴스 생성
  t1.Start(); // 스레드 시작

• 스레드 대기: 메인 스레드나 다른 스레드가 특정 스레드의 작업이 완료될 때까지 기다려야 할 때가 있습니다. 이럴 때는 Join() 메서드를 사용합니다. Join() 메서드는 해당 스레드가 실행을 마치고 완전히 정지할 때까지 호출한 스레드를 블록합니다. Thread.Sleep() 메서드는 인자로 주어진 시간(밀리초)만큼 스레드의 CPU 사용을 멈춥니다.
• 스레드 임의 종료 (Abort): 스레드를 강제로 종료해야 할 경우 Abort() 메서드를 사용할 수 있습니다. Abort()가 호출되면 해당 스레드에서 ThreadAbortException 예외가 발생하며, 이를 통해 스레드의 실행을 중단시킬 수 있습니다. 스레드가 Abort()에 의해 정지될 때까지 Join() 메서드로 대기할 수 있습니다. 하지만 Abort()는 권장되지 않는 방식입니다.
• 스레드 중단 (Interrupt): 스레드가 Sleep(), Wait(), Join()과 같은 대기 상태에 있을 때, Interrupt() 메서드를 사용하여 스레드를 깨울 수 있습니다. Interrupt()가 호출되면 해당 스레드에서 ThreadInterruptedException 예외가 발생합니다. Interrupt()는 스레드를 강제로 종료하기보다는, 대기 상태에서 벗어나게 하여 정상적인 종료 절차를 수행하도록 유도할 때 사용될 수 있습니다. Interrupt() 호출 후 스레드가 정지할 때까지 Join()으로 대기할 수 있습니다.

3. 스레드 상태 변화

스레드는 여러 상태를 가집니다. 주요 상태 변화는 다음과 같습니다:

• Unstarted: 스레드가 생성되었지만 아직 시작되지 않은 상태.
• Running: 스레드가 실행 중인 상태. Thread.Start()에 의해 이 상태로 진입합니다.
• WaitSleepJoin: Monitor.Wait(), Thread.Sleep(), Thread.Join() 메서드에 의해 일시 중단된 상태.
• Suspended: Thread.Suspend()에 의해 일시 중단된 상태 (권장되지 않음).
• Stopped: 스레드가 실행을 완료하거나 종료되어 정지된 상태.
• AbortRequested: Thread.Abort()가 호출되어 스레드 종료가 요청된 상태.
• Aborted: Thread.Abort()에 의해 강제로 종료된 상태.

ThreadState 열거형을 통해 스레드의 상태를 확인할 수 있습니다.

4. 스레드 간 동기화

여러 스레드가 하나의 공유 자원(예: 변수, 파일)에 동시에 접근하여 데이터를 변경하려 할 때 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 경쟁 상태(Race Condition)라고 하며, 예상치 못한 결과가 나올 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 스레드 간 동기화(Synchronization)가 필요합니다.

• lock 키워드: C#에서 가장 간단한 동기화 방법은 lock 키워드를 사용하는 것입니다. lock 블록으로 감싼 코드는 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있도록 보장합니다. lock은 내부적으로 Monitor 클래스를 사용합니다.

  private readonly object thisLock = new object(); // 동기화에 사용할 객체
  public void Increase()
  {
      lock (thisLock) // lock 블록
      {
          count = count + 1; // 이 코드는 한 번에 하나의 스레드만 실행
      }
  }

  lock 블록이 끝날 때까지 다른 스레드는 해당 코드를 실행할 수 없습니다.
• Monitor 클래스: lock 키워드보다 더 세밀한 제어가 필요할 때 Monitor 클래스를 직접 사용할 수 있습니다. Monitor.Enter()로 진입하고 Monitor.Exit()으로 빠져나오며 임계 영역을 설정합니다. Monitor.Wait()와 Monitor.Pulse()/PulseAll()을 사용하여 스레드 간에 신호를 주고받으며 대기 상태를 제어할 수도 있습니다.

5. 태스크(Task)와 병렬(Parallel) 처리

.NET Framework 4.0부터 도입된 태스크(Task)는 스레드보다 고수준의 추상화이며, 비동기 및 병렬 작업을 더 쉽게 관리할 수 있도록 설계되었습니다. 대부분의 경우 Thread 클래스보다 Task를 사용하는 것이 권장됩니다.

• Task 클래스: Task는 반환 값이 없는 비동기 작업을 표현합니다. Task.Run() 메서드를 사용하여 간단하게 작업을 백그라운드에서 실행할 수 있습니다. Task.Wait() 메서드는 해당 태스크가 완료될 때까지 기다립니다.
• Task 클래스: Task<TResult>는 반환 값이 있는 비동기 작업을 표현합니다. 작업이 완료된 후 Result 속성을 통해 결과를 얻을 수 있습니다. Result에 접근하면 작업이 완료될 때까지 대기하게 됩니다.
• Parallel 클래스: Parallel 클래스는 병렬 처리를 쉽게 수행할 수 있도록 돕습니다. Parallel.For()나 Parallel.ForEach()와 같은 메서드를 통해 반복 작업을 여러 스레드에서 병렬로 실행하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 병렬 처리는 하나의 작업을 여러 작업자로 나누어 동시에 수행하는 방식입니다.

6. async 및 await를 사용한 비동기 코드

async 및 await 키워드는 비동기 코드를 작성하는 새로운 방식입니다. 주로 I/O 바운드 작업(파일 읽기/쓰기, 네트워크 통신 등)에서 메인 스레드를 블록하지 않고 다른 작업을 수행할 수 있도록 합니다.

• async 키워드: 메서드 선언에 사용하여 해당 메서드가 비동기 메서드임을 나타냅니다. async 메서드는 일반적으로 Task 또는 Task<TResult>를 반환합니다.
• await 키워드: async 메서드 내에서 비동기 작업(Task 또는 Task<TResult> 반환)의 완료를 기다릴 때 사용합니다. await를 만나면 해당 메서드의 실행은 일시 중단되고, 호출 스레드는 다른 작업을 수행할 수 있게 됩니다. 비동기 작업이 완료되면 중단되었던 메서드의 실행이 재개됩니다.

Task.Delay()는 Thread.Sleep()과 유사하게 지정된 시간만큼 대기하지만, 호출 스레드를 블록하지 않는다는 중요한 차이가 있습니다. 따라서 UI 스레드에서 Task.Delay()를 사용해도 UI가 멈추지 않습니다. .NET은 ReadAsync, WriteAsync 등 다양한 비동기 API를 제공하며, 이들은 주로 I/O 바운드 작업을 처리합니다.