Obj-C 공식 문서 정리 - 스레딩과 동기화

안녕하세요. 이번에는 Objective-C에서 멀티스레딩을 처리하는 방법과 스레드 간 동기화를 위한 @synchronized 지시어에 대해 알아보겠습니다.

📌 스레딩 지원 개요

Objective-C는 애플리케이션에서 멀티스레딩을 지원합니다. 이는 두 개의 스레드가 동시에 같은 객체를 수정하려고 할 수 있다는 것을 의미하며, 이러한 상황은 프로그램에서 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

멀티스레딩(Multithreading): 여러 실행 흐름(스레드)이 동시에 실행되는 프로그래밍 모델입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Objective-C는 한 번에 하나의 스레드만 코드 섹션을 실행할 수 있도록 보호하는 @synchronized() 지시어를 제공합니다.

참고로 스레드 동기화와 예외 처리 기능을 사용하기 위해서는 GNU Compiler Collection(GCC) 버전 3.3 이상에서 -fobjc-exceptions 스위치를 사용해야 합니다. 이러한 기능을 사용하는 애플리케이션은 OS X v10.3 이상에서만 실행될 수 있습니다.

📌 @synchronized 지시어 이해하기

@synchronized() 지시어는 코드 섹션을 잠가서 한 번에 하나의 스레드만 사용할 수 있도록 합니다. 보호된 코드를 실행 중인 스레드가 해당 코드를 빠져나갈 때까지 다른 스레드는 차단됩니다.

@synchronized(object) {
    // 보호된 코드 섹션
    // 이 코드는 한 번에 하나의 스레드만 실행할 수 있습니다
}

동기화(Synchronization): 여러 스레드가 공유 자원에 접근할 때 데이터 일관성을 유지하기 위한 조정 메커니즘입니다.

@synchronized() 지시어는 유일한 인자로 self를 포함한 모든 Objective-C 객체를 받습니다. 이 객체는 상호 배제 세마포어(mutex)라고 알려져 있습니다. 이를 통해 스레드는 다른 스레드가 사용하지 못하도록 코드 섹션을 잠글 수 있습니다.

뮤텍스(Mutex): Mutual Exclusion의 줄임말로, 여러 스레드가 공유 자원에 동시에 접근하는 것을 방지하는 잠금 메커니즘입니다.

프로그램의 다른 중요 섹션들을 보호하기 위해 별도의 세마포어를 사용해야 합니다. 경쟁 조건(race condition)을 피하기 위해 애플리케이션이 멀티스레드가 되기 전에 모든 상호 배제 객체를 생성하는 것이 가장 안전합니다.

경쟁 조건(Race Condition): 두 개 이상의 스레드가 공유 자원에 동시에 접근하려고 할 때 발생하는 문제로, 실행 순서에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

📌 synchronized 사용 예제

인스턴스 메서드 잠그기 (self 사용)

다음 예제는 현재 객체의 인스턴스 메서드에 대한 접근을 동기화하기 위해 self를 뮤텍스로 사용하는 코드를 보여줍니다:

- (void)criticalMethod
{
    @synchronized(self) {
        // 중요한 코드
        // 이 코드는 한 번에 하나의 스레드만 실행할 수 있습니다
    }
}

이와 유사한 접근 방식으로 클래스 객체를 사용하여 관련 클래스의 클래스 메서드에 대한 접근을 동기화할 수 있습니다. 이 경우, 모든 호출자가 공유하는 하나의 클래스 객체만 있기 때문에 한 번에 하나의 스레드만 클래스 메서드를 실행할 수 있습니다.

사용자 정의 세마포어 사용

다음은 더 일반적인 접근 방식입니다. 중요한 프로세스를 실행하기 전에, 코드는 Account 클래스에서 세마포어를 가져와 중요한 섹션을 잠그는 데 사용합니다:

Account *account = [Account accountFromString:[accountField stringValue]];

// 세마포어 가져오기
id accountSemaphore = [Account semaphore];

@synchronized(accountSemaphore) {
    // 중요한 코드
    // 이 코드는 한 번에 하나의 스레드만 실행할 수 있습니다
}

Account 클래스는 initialize 메서드에서 세마포어를 생성할 수 있습니다. 이 접근 방식을 사용하면 여러 객체 인스턴스에 대한 접근을 단일 세마포어로 제어할 수 있습니다.

📌 재귀적 코드 및 예외 처리

Objective-C 동기화 기능은 재귀적이고 재진입 가능한 코드를 지원합니다. 스레드는 하나의 세마포어를 재귀적인 방식으로 여러 번 사용할 수 있습니다. 다른 스레드는 해당 스레드가 획득한 모든 잠금을 해제할 때까지 세마포어를 사용하지 못합니다.

재귀적 코드(Recursive Code): 함수나 메서드가 자기 자신을 호출하는 코드입니다. 재진입 가능한 코드(Reentrant Code): 동시에 여러 스레드에서 안전하게 호출될 수 있는 코드입니다.

@synchronized() 블록 내의 코드가 예외를 발생시키면, Objective-C 런타임은 예외를 캐치하고, 세마포어를 해제한 다음(다른 스레드가 보호된 코드를 실행할 수 있도록), 예외를 다음 예외 핸들러에 다시 던집니다.

@synchronized(self) {
    // 이 코드에서 예외가 발생하면
    // 런타임이 자동으로 잠금을 해제합니다
    [self methodThatMightThrowException];
}

이 기능은 예외 발생 시에도 데드락(deadlock)을 방지하여 프로그램의 안정성을 높여줍니다.

데드락(Deadlock): 두 개 이상의 스레드가 서로의 작업이 끝나기를 무한정 기다리는 상태입니다.

📌 동기화 모범 사례

1. 적절한 세마포어 선택하기

동기화에 사용할 객체(세마포어)를 선택할 때는 다음 사항을 고려하세요:

• 보호하려는 리소스에 논리적으로 연결된 객체를 사용합니다.
• 서로 다른 중요 섹션에는 별도의 세마포어를 사용합니다.
• 가능하면 애플리케이션이 멀티스레드가 되기 전에 세마포어를 생성합니다.

2. 동기화 블록 최소화하기

성능을 위해 @synchronized 블록을 가능한 한 작게 유지하세요:

// 좋지 않은 방법
@synchronized(self) {
    // 동기화가 필요하지 않은 긴 계산
    expensiveCalculation();
    
    // 실제로 동기화가 필요한 부분
    [self updateSharedResource];
}

// 더 좋은 방법
// 동기화가 필요하지 않은 작업 수행
expensiveCalculation();

// 필요한 부분만 동기화
@synchronized(self) {
    [self updateSharedResource];
}

3. 중첩된 잠금 주의하기

중첩된 @synchronized 블록은 데드락 위험을 증가시킬 수 있습니다. 가능하면 피하고, 필요한 경우 항상 동일한 순서로 잠금을 획득하세요:

// 위험할 수 있음: 항상 같은 순서로 잠금을 획득해야 함
@synchronized(objectA) {
    @synchronized(objectB) {
        // 코드
    }
}

마무리

Objective-C의 @synchronized 지시어는 멀티스레드 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 동기화하는 간단하고 효과적인 방법을 제공합니다. 이를 통해 데이터 손상을 방지하고 스레드 안전한 코드를 작성할 수 있습니다.