동시성 vs 병렬성
- 동시성
- 한 CPU에서 동시에 여러 작업을 하는 것처럼 보이게 만드는 것
- 싱글 코어에서 멀티 쓰레드를 동작시키는 방식
- 동시에 실행되는 것처럼 보임
- concurrently
- 두개의 프로세스가 짧은 시간에 context switch → 사람눈에는 동시에 발생하는 것처럼 느껴짐
- 병렬성
- 멀티코어에서 멀티쓰레드를 동작시키는 방식
- 실제로 동시에 여러 작업이 처리
- 병렬성 만족 시 동시성 만족
- RAM = 메인메모리. 주기억장치. 휘발성 메모리
- CPU가 여러개일 경우 각 CPU별 캐시 메모리에 저장된 데이터가 달라 문제발생 가능
다중 프로세스 vs 다중 스레드 차이
- 프로세스란 실행중인 프로그램을 의미
- os로부터 자원을 할당받음 - 스레드는 프로세스에서 할당받은 자원을 이용하는 실행흐름의 단위
- 각 스레드는 별도의 register, stack 만 존재.
- code, data, heap 영역은 공유
- 프로세스끼리는 메모리 공유X
- 하지만 IPC(Inter Process Communication)을 통해 소통함- 공유 메모리 -> message box, direct message를 활용
- 다중 스레드 환경의 장점 : context switch 가 발생할 때 프로세스 끼리의 switch 보다는 더 성능이 좋다. 왜냐하면 TCB만 교체하기 때문이다. 메모리를 적게 잡아먹는다.
Context Switch 발생 시 벌어지는 일
- PCB를 교체한다.
- CPU 내부의 pc, register 초기화
- TLB를 초기화시킨다.
- MMU 내부의 Page Table Base Register가 초기화된다.
동시성 이슈
- 멀티 스레드 환경에서의 문제
- 각자의 캐시 메모리가 존재하기 때문에 데이터가 달라지는 문제점이 존재.
- 이는 TLB로 인해 생기는 이슈.- TLB란 MMU 내부에 존재하는 캐시 메모리로, 주소 변환시에 메인 메모리에 접근하기 전에 먼저 접근된다.
- 가시성 문제: 다른 스레드에서 변경한 값이 안보이는 현상, 동시 접근 문제 : 덮어씌어지는 현상
해결 방법
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synchronized
- blocking 방식
- 메서드 단위, 클래스 단위, 블록 단위로 락을 걸 수 있음
- 한 스레드만 읽고 쓰기가 가능
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volatile
- non-blocking 지원
- 한 쓰레드만 쓰기가 가능
- 이것이 보장되지 않기 때문에 그런 상황에서만 사용해야 한다. - 메인 메모리에서만 데이터를 가져옴
- 캐시 메모리가 없다고 생각하면 좋음
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atomic 변수
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non-blocking 지원
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volatile 과 CAS 알고리즘 활용
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CAS 알고리즘이란 compare and swap -> 캐시메모리와 메인 메모리의 값을 비교해서 같으면 값을 변경, 다르면 계속 while문을 돌게끔 한다.
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ConcurrentHash map에서 사용하는 방식
- 만약에 map key값이 존재하지 않으면 CAS 알고리즘을 활용하여 안에 넣어버리고 존재하면 synchronized를 걸어서 chaining 기법으로 이루어진 곳에 뒤에 붙여버린다.
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HashTable은 동기방식(Thread-safe), Hashmap은 비동기 방식이다. 따라서 Hashmap이 성능이 더 좋다.
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응용 방식
- semaphore
- os단에서 제공하는 락 방식- critical section 에 접근하는 다중 스레드의 접근을 막기 위해 사용한다.
- 숫자를 정해서 해당 숫자만큼의 스레드만 접근 가능하도록 설정한다.
- mutex
- binary semaphore과 같은 방식
- 스핀락 개념이다.
- critical section 에 하나의 스레드만 접근이 가능하다.
- key와 비슷한 개념이라 생각하면 쉽다.
- mutex를 잡지 못할 경우 대기큐에 들어간다.
- monitor
- os가 아닌 프레임워크 단에서 제공하는 기능
- Synchronized를 활용하여 해당 critical section을 하나의 스레드만 점유가능하도록 함
Blocking vs NonBlocking vs Synchronized vs Asynchronized
- 블락과 동기식의 차이
- 블락방식은 해당 업무에 지속적으로 관심을 기울이고 있냐 아니냐의 차이이다.
- ex) 블락방식은 계속 그 업무에 관심을 가져서 다른 일을 못하는 것. 논블락은 다른일도 충분히 가능한 것.- 동기식은 누가 관심을 가지고 있느냐의 차이이다.
- ex ) 동기는 내가 관심을 가지고 있는 것, 비동기는 다른 스레드가 그 일을 처리하고 나한테 결과를 알려주는 것
- 동기식은 누가 관심을 가지고 있느냐의 차이이다.
Backend Developer