17.2. 프로그램언어 C++에서의 동기화 기법

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프로그램언어 C++에서의 뮤텍스 사용법

뮤텍스(Mutex)는 C++ 프로그램에서 스레드 간의 동기화를 위해 사용되는 동기화 기법 중 하나입니다. 뮤텍스를 사용하면 여러 스레드가 동시에 공유 자원에 접근하는 것을 제어할 수 있습니다. 뮤텍스는 잠금(lock)과 해제(unlock) 두 가지 기본 동작을 제공하며, 잠금된 상태에서는 다른 스레드가 해당 뮤텍스를 획득할 때까지 대기합니다.

뮤텍스를 사용하기 위해 `` 헤더 파일을 포함해야 합니다. 뮤텍스 객체는 `std::mutex` 클래스로 생성되며, `lock()` 메서드로 잠금을 획득하고 `unlock()` 메서드로 잠금을 해제할 수 있습니다.

아래는 간단한 C++ 예제 코드로 뮤텍스를 사용하는 방법을 보여줍니다. 


#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;

void printNumbers(int id) {
    mtx.lock(); // 뮤텍스 잠금
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread " << id << " : " << i << std::endl;
    }
    mtx.unlock(); // 뮤텍스 해제
}

int main() {
    std::thread t1(printNumbers, 1);
    std::thread t2(printNumbers, 2);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

프로그램언어 C++에서의 세마포어 사용법

세마포어는 프로그램에서 공유 자원에 대한 접근을 조절하기 위해 사용되는 동기화 도구입니다. C++에서 세마포어를 사용하기 위해서는 <semaphore> 헤더 파일을 포함해야 합니다. 세마포어는 주로 공유 자원에 대한 접근을 제한하거나 동기화하는 데 사용됩니다.

세마포어를 생성하려면 std::counting_semaphore 또는 std::binary_semaphore 클래스를 사용합니다. counting_semaphore는 특정 개수의 스레드가 동시에 접근할 수 있는 세마포어이며, binary_semaphore는 두 가지 상태(잠금, 잠금 해제)만을 가지는 세마포어입니다.

세마포어를 사용하는 일반적인 방법은 다음과 같습니다. 먼저 세마포어를 초기화하고, 공유 자원에 대한 접근을 제어하는 코드 블록을 세마포어로 보호합니다. 이후 공유 자원에 대한 작업을 수행한 후 세마포어를 다시 해제합니다. 


#include <semaphore>
#include <thread>
#include <iostream>

std::counting_semaphore<5> sem(5); // 최대 5개의 스레드가 동시에 접근 가능

void accessSharedResource(int id) {
    sem.acquire(); // 세마포어 획득

    // 공유 자원에 대한 작업 수행
    std::cout << "Thread " << id << " accessing shared resource" << std::endl;

    sem.release(); // 세마포어 해제
}

int main() {
    std::thread t1(accessSharedResource, 1);
    std::thread t2(accessSharedResource, 2);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

위 예제 코드는 세마포어를 사용하여 두 개의 스레드가 공유 자원에 접근하는 방법을 보여줍니다. 각 스레드는 세마포어를 획득한 후 공유 자원에 대한 작업을 수행하고, 작업이 완료되면 세마포어를 해제합니다.

프로그램언어 C++에서의 모니터 동기화 기법

프로그램언어 C++에서의 모니터 동기화 기법은 여러 스레드가 공유 자원에 안전하게 접근할 수 있도록 하는 중요한 개념입니다. 모니터는 상호배제와 조건변수를 이용하여 스레드 간의 동기화를 달성하는 방법 중 하나입니다.

모니터는 클래스나 구조체로 구현되며, 공유 자원에 대한 접근을 제어하는 락(lock)을 포함하고 있습니다. 이를 통해 한 번에 하나의 스레드만 모니터 내의 코드 블록에 접근할 수 있습니다. 락을 획득한 스레드가 작업을 마치면 락을 해제하여 다른 스레드가 접근할 수 있도록 합니다.

아래는 C++에서의 모니터 동기화 기법을 간단한 예제 코드로 설명한 것입니다.


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

class Monitor {
private:
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;
    bool isDataAvailable = false;

public:
    void produceData() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        // 데이터를 생산하는 작업
        isDataAvailable = true;
        cv.notify_one();
    }

    void consumeData() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [this] { return isDataAvailable; });
        // 데이터를 소비하는 작업
        isDataAvailable = false;
    }
};

Monitor monitor;

void producer() {
    // 생산자 스레드
    while (true) {
        monitor.produceData();
    }
}

void consumer() {
    // 소비자 스레드
    while (true) {
        monitor.consumeData();
    }
}

int main() {
    std::thread producerThread(producer);
    std::thread consumerThread(consumer);

    producerThread.join();
    consumerThread.join();

    return 0;
}

프로그램언어 C++에서의 이벤트 기반 동기화 방법

이벤트 기반 동기화는 C++ 프로그램에서 여러 스레드 간의 동기화를 달성하는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 주로 이벤트나 신호(signal)를 사용하여 스레드 간 통신을 조율합니다.

이벤트 기반 동기화를 구현하기 위해서는 주로 이벤트 객체를 사용합니다. 이벤트 객체는 스레드 간 통신을 위해 사용되며, 특정 이벤트가 발생할 때까지 대기하거나 이벤트를 발생시킬 수 있습니다.

가장 일반적으로 사용되는 이벤트 기반 동기화 방법 중 하나는 '이벤트 객체'를 사용하는 방법입니다. 이벤트 객체는 스레드 간의 상태를 동기화하기 위해 사용됩니다. 예를 들어, 한 스레드가 다른 스레드가 특정 작업을 완료했는지 확인해야 할 때 이벤트 객체를 사용할 수 있습니다.

이벤트 객체를 사용한 간단한 예제 코드를 살펴보겠습니다.


#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker_thread()
{
    // 작업 수행
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    
    // 작업 완료 후 이벤트 발생
    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();
}

int main()
{
    std::thread worker(worker_thread);
    
    // 이벤트 대기
    {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, []{ return ready; });
    }
    
    std::cout << "작업 완료" << std::endl;
    
    worker.join();
    
    return 0;
}

프로그램언어 C++에서의 락을 활용한 동기화 방법

프로그램언어 C++에서의 락을 활용한 동기화는 멀티스레드 환경에서 공유 자원에 대한 안전한 접근을 보장하기 위해 사용됩니다. 락은 여러 스레드가 동시에 공유 자원에 접근하는 것을 제어하여 데이터 일관성을 유지하고 경쟁 조건을 방지합니다.

가장 일반적으로 사용되는 락은 뮤텍스(Mutex)와 스핀락(Spinlock)입니다. 뮤텍스는 스레드가 자원을 사용할 때 락을 획득하고 사용이 끝나면 락을 해제하는 방식으로 동작하며, 스핀락은 락을 획득할 때까지 반복적으로 시도하는 방식으로 동작합니다.

아래는 C++에서 뮤텍스를 활용한 동기화 예제 코드입니다.


#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;

void sharedResourceAccess(int id) {
    mtx.lock(); // 뮤텍스 락 획득

    // 공유 자원에 대한 작업 수행
    std::cout << "Thread " << id << " is accessing the shared resource." << std::endl;

    mtx.unlock(); // 뮤텍스 락 해제
}

int main() {
    std::thread t1(sharedResourceAccess, 1);
    std::thread t2(sharedResourceAccess, 2);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

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