뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)

뮤텍스와 세마포어는 자원의 동시성 이슈를 해결하기 위해, 하나의 자원에 여러개의 쓰레드가 동시에 접근하지 않도록 하는 방법이다.

뮤텍스

• 한번에 하나의 쓰레드만 자원에 접근 가능
• 자원은 잠금(Lock)과 해제(Unlock) 두 가지 상태만 가짐

class Mutex {
    boolean locked = false  // 초기 상태는 잠금 해제
    Queue waitingThreads   // 대기 중인 스레드 큐

    method acquire() {
        while (locked) {  // 다른 스레드가 잠금 중이면
            waitingThreads.add(currentThread)  // 현재 스레드를 대기열에 추가
            sleep()  // 스레드를 대기 상태로
        }
        locked = true  // 잠금 설정
    }

    method release() {
        if (!waitingThreads.isEmpty()) {  // 대기 중인 스레드가 있으면
            thread = waitingThreads.remove()  // 대기열에서 스레드 제거
            wakeup(thread)  // 해당 스레드 깨우기
        }
        locked = false  // 잠금 해제
    }
}

// 사용 예시
mutex = new Mutex()

process example() {
    mutex.acquire()
    // 임계 영역 (Critical Section)
    // 공유 자원 접근
    mutex.release()
}

세마포어

• 한번에 특정 카운트 만큼의 쓰레드가 자원에 접근 가능
• P(감소)와 V(증가) 연산을 통해 카운터를 조절

class Semaphore {
    int value        // 현재 사용 가능한 리소스 수
    Queue waitingThreads   // 대기 중인 스레드 큐

    constructor(int initialValue) {
        value = initialValue  // 초기값 설정
    }

    method P() {  // wait() 또는 acquire()
        value = value - 1  // 리소스 하나 사용
        if (value < 0) {  // 사용 가능한 리소스가 없으면
            waitingThreads.add(currentThread)  // 현재 스레드를 대기열에 추가
            sleep()  // 스레드를 대기 상태로
        }
    }

    method V() {  // signal() 또는 release()
        value = value + 1  // 리소스 하나 반환
        if (!waitingThreads.isEmpty()) {  // 대기 중인 스레드가 있으면
            thread = waitingThreads.remove()  // 대기열에서 스레드 제거
            wakeup(thread)  // 해당 스레드 깨우기
        }
    }
}

// 사용 예시
semaphore = new Semaphore(3)  // 최대 3개의 스레드 동시 접근 가능

process example() {
    semaphore.P()
    // 임계 영역 (Critical Section)
    // 공유 자원 접근
    semaphore.V()
}