[UE5] 언리얼 엔진 멀티스레드 프로그래밍의 필수 도구: FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter 제대로 알아보기

이 글에서는 멀티스레드 프로그래밍에서 필수적인 도구인 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter에 대해 다룹니다. 이 두 도구는 언리얼 엔진에서 여러 스레드가 동시에 데이터를 처리할 때 발생하는 레이스 컨디션을 방지하고, 스레드 간의 안전한 데이터 처리를 보장하는 데 사용됩니다.

FThreadSafeBool: 멀티스레드 환경에서 안전하게 bool 값을 관리.
FThreadSafeCounter: 여러 스레드에서 안전하게 정수 값을 증가/감소.
또한, 왜 일반적인 bool이나 int를 사용하면 안 되는지, 그리고 실제 게임 인스턴스 매니저 시스템과의 연계 방법까지 설명합니다.

멀티스레드 환경에서 안전한 프로그래밍: 왜 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter를 써야 할까?

멀티스레드 프로그래밍은 성능 최적화에 매우 중요하지만, 그만큼 신경 써야 할 점도 많습니다. 특히 여러 스레드가 하나의 변수를 동시에 접근할 때 발생하는 '레이스 컨디션' 문제는 프로그램이 예측할 수 없는 결과를 낳을 수 있습니다. 그래서 언리얼 엔진에서는 이런 문제를 해결하기 위한 두 가지 중요한 도구를 제공합니다: FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter입니다.

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1. FThreadSafeBool: 스레드 안전성을 보장하는 Boolean 변수

왜 필요할까?

기본적인 bool 값은 여러 스레드가 동시에 접근할 때, 값이 불안정하게 변경될 수 있습니다. 예를 들어, 한 스레드에서 true로 변경했는데, 다른 스레드가 그 값을 잘못 읽어 false로 인식하는 상황이 발생할 수 있습니다. 이런 상황을 방지하기 위해 FThreadSafeBool이 필요합니다. 이 클래스는 멀티스레드 환경에서 안전하게 boolean 값을 관리할 수 있도록 설계되었습니다.

사용 예시: 렌더링 스레드와 게임 스레드 간 안전한 데이터 공유

멀티스레드 프로그래밍에서는 렌더링 스레드와 게임 로직 스레드가 동시에 같은 객체에 접근할 수 있습니다. 이런 경우 객체의 상태가 중간에 변경되면 잘못된 렌더링 결과가 나올 수 있습니다. 이를 방지하려면 FThreadSafeBool을 사용하여 상태를 안전하게 공유해야 합니다.

FThreadSafeBool bIsVisible;

void UpdateVisibility(bool bNewVisibility)
{
    bIsVisible.Set(bNewVisibility); // 멀티스레드 안전하게 상태 업데이트
}

bool GetVisibility() const
{
    return bIsVisible.Get();
}

이처럼 FThreadSafeBool은 멀티스레드 환경에서 bool 값을 안정적으로 공유할 수 있는 도구입니다.

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2. FThreadSafeCounter: 멀티스레드 카운터를 안전하게 관리하라

FThreadSafeCounter가 왜 중요한가?

게임에서 자주 쓰이는 기능 중 하나는 여러 스레드에서 데이터를 카운팅하는 것입니다. 예를 들어, 게임 내에서 플레이어의 총알 개수를 스레드 안전하게 관리해야 한다면, FThreadSafeCounter가 매우 유용합니다. 기본적인 정수형 변수를 사용하면 여러 스레드가 동시에 값을 변경할 때 레이스 컨디션이 발생할 수 있어 예상치 못한 결과를 초래할 수 있습니다. FThreadSafeCounter는 이런 문제를 방지하기 위해 설계되었습니다.

사용 예시: 작업 진행도 추적

다양한 스레드에서 게임 작업을 동시에 처리하면서, 작업이 얼마나 진행되었는지를 추적하려면 FThreadSafeCounter를 사용할 수 있습니다. 잠금을 사용하지 않고도 안전하게 값의 증감이 가능합니다.

FThreadSafeCounter TaskCounter;

void IncrementTask()
{
    TaskCounter.Increment(); // 안전하게 증가
}

int32 GetTaskCount() const
{
    return TaskCounter.GetValue(); // 현재 카운트 반환
}

이렇게 하면 작업이 얼마나 진행되었는지를 안전하게 추적할 수 있습니다.

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3. 왜 일반적인 bool이나 int를 사용하면 안 되는가?

일반적인 bool이나 int는 멀티스레드 환경에서 안전하지 않습니다. 그 이유는 간단합니다. 여러 스레드가 하나의 변수를 동시에 읽고 쓸 때, 값이 예측하지 못한 상태로 변경될 수 있기 때문입니다. 이를 레이스 컨디션(Race Condition)이라고 부릅니다.

레이스 컨디션이란?

레이스 컨디션은 두 개 이상의 스레드가 같은 데이터를 동시에 읽거나 쓸 때 발생하는 문제입니다. 이런 상황에서는 스레드가 데이터를 수정하는 시점에 따라 값이 달라질 수 있기 때문에, 데이터의 무결성이 손상될 수 있습니다.

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4. FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter로 안전한 멀티스레드 프로그래밍

FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter는 어떻게 해결할까?

FThreadSafeBool는 멀티스레드에서 안전하게 bool 값을 읽고 쓸 수 있게 보장해줍니다. 마찬가지로 FThreadSafeCounter는 동시성 문제를 방지하면서 정수 값을 안전하게 증감시킬 수 있는 방법을 제공합니다. 이 두 클래스는 값의 변경을 원자적으로(Atomic) 처리하기 때문에, 각 스레드가 데이터에 접근할 때마다 항상 안전하게 값을 읽고 쓸 수 있습니다.

사용 시 주의할 점

FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter를 사용할 때도 신중하게 사용해야 합니다. 주의해야 할 점은 두 개 이상의 데이터를 동시에 수정하는 상황입니다. 이럴 때는 락을 사용하거나, 트랜잭션 방식으로 처리해야 합니다. 예를 들어, 한 스레드에서 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter를 동시에 변경하고 다른 스레드에서 이를 읽는다면, 데이터의 불일치가 발생할 수 있습니다.

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5. 게임 인스턴스 매니저 시스템과의 연계

멀티스레드 환경에서는 게임 상태나 리소스를 관리하는 매니저 시스템도 스레드 안전성을 보장해야 합니다. 이때 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter는 매우 유용하게 사용될 수 있습니다. 게임 인스턴스에서 전역적으로 접근할 수 있는 매니저들을 UGameInstanceSubsystem을 통해 관리하면서, 동시에 스레드 안전성을 보장하는 방법을 고민해볼 필요가 있습니다.

예시: 게임 인스턴스에서 레벨 매니저를 초기화할 때 스레드 안전성을 보장하는 코드

class UCJGameInstanceSubsystem : public UGameInstanceSubsystem
{
public:
    FThreadSafeCounter ManagerInitializationCount;
    FThreadSafeBool bIsManagerInitialized;

    virtual void InitializeManagersForLevel(const FString& LevelName)
    {
        if (!bIsManagerInitialized)
        {
            // 매니저 초기화 로직
            ManagerInitializationCount.Increment();  // 스레드 간 안전하게 카운터 증가

            bIsManagerInitialized = true;
            UE_LOG(LogTemp, Warning, TEXT("Manager initialized for level: %s"), *LevelName);
        }
    }

    virtual void ShutdownManagers()
    {
        if (bIsManagerInitialized)
        {
            ManagerInitializationCount.Decrement();  // 스레드 간 안전하게 카운터 감소
            bIsManagerInitialized = false;
        }
    }
};

예를 들어, 여러 스레드에서 작업이 끝났는지를 추적하는 로직에 FThreadSafeCounter를 사용하면, 여러 작업이 동시에 진행되더라도 문제없이 카운팅이 가능합니다.

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6. FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter로 문제 해결하기

멀티스레드 환경에서 발생하는 데이터 무결성 문제는 게임 성능이나 안정성에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 언리얼 엔진은 이런 문제를 해결하기 위해 다양한 스레드 안전 도구를 제공합니다. 그중에서도 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter는 필수적인 도구입니다.

FThreadSafeBool는 bool 값을 여러 스레드에서 안전하게 공유할 수 있게 해주며, FThreadSafeCounter는 작업의 진행 상황을 안전하게 추적할 수 있습니다. 이를 적절히 사용하면, 게임의 성능을 최적화하고 안정성을 높일 수 있습니다.

결론적으로, 언리얼 엔진에서 멀티스레드 프로그래밍을 할 때, FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter는 필수적인 도구로 활용될 수 있으며, 이를 통해 레이스 컨디션 문제를 예방하고, 안전하게 데이터를 처리할 수 있습니다.

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언리얼 엔진에서 제공하는 기타 스레드 안전 도구

언리얼 엔진은 멀티스레드 프로그래밍에서 다양한 스레드 안전 도구를 제공합니다. 여기 몇 가지 중요한 도구들을 소개합니다:

1. FCriticalSection: 잠금(lock) 메커니즘을 사용하여 스레드 간의 상호 배제를 보장하는 도구.
2. FEvent: 스레드 간의 비동기 신호 전달을 관리하는 도구로, 특정 조건이 충족될 때 스레드를 깨웁니다.
3. FQueuedThreadPool: 여러 스레드에서 작업을 큐에 넣고 스레드 풀에서 실행시키는 방식으로 스레드 관리.
4. FPlatformProcess::Sleep(): 스레드의 실행을 일정 시간 멈추게 하여, 리소스 사용을 조절하거나 타이밍 제어를 할 때 사용.
5. FPlatformAtomics: 원자적 연산을 지원하는 함수들을 모은 클래스.
6. TLockFreePointerList: 잠금 없이 스레드 간의 안전한 포인터 리스트 관리를 지원.
7. FThreadSafeQueue: 스레드 안전한 큐(queue) 구현으로, 여러 스레드에서 안전하게 데이터를 넣고 꺼낼 수 있음.

이러한 도구들은 스레드 간의 동기화와 데이터 무결성을 보장하며, 멀티스레드 환경에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 해결합니다.

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결론

멀티스레드 환경에서는 스레드 간의 동기화가 필수적입니다. 일반적인 bool이나 int 같은 데이터 타입은 레이스 컨디션으로 인해 값이 예측하지 못한 방식으로 변경될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 언리얼 엔진은 FThreadSafeBool와 FThreadSafeCounter 같은 도구를 제공합니다. 이를 활용해 게임 인스턴스 매니저 시스템의 상태를 안전하게 관리하고, 멀티스레드 환경에서 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있습니다.