🧩 프로세스 수준에서의 동시 접근 제어 — 락, 세마포어

1️⃣ 동시 접근 제어란?

멀티스레드 환경에서 여러 스레드가 동시에 같은 자원에 접근할 수 있음.

문제는 동시에 읽기/쓰기가 일어나면 데이터 불일치나 경합이 발생한다는 것.

 

👉 이걸 막는 것이 바로 동시 접근 제어

 

2️⃣ 잠금을 이용한 접근 제어 (Lock-based Control)

🔒 Lock의 기본 개념

Lock은 "자원에 대한 접근권을 잠그는 기법".

한 스레드가 Lock을 획득하면, 다른 스레드는 그 Lock이 해제될 때까지 대기.

 

Java에서는 synchronized 키워드나 ReentrantLock이 대표적인 방법.

public class Counter {
    private int count = 0;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

 

✅ 특징

• 단일 자원에 대한 상호 배제 보장
• 스레드 간 자원 경쟁 방지
• 블로킹 방식

⚠️ 주의

• 데드락, 교착 상태 위험
• Lock 획득 순서나 범위를 잘못 잡으면 성능 병목

💡 실무 팁

• 짧고 작은 범위에서만 Lock 사용
• 가능하다면 락 없는 알고리즘(Lock-free) 이나 원자적 연산 활용

 

3️⃣ 동시 접근 제어를 위한 구성요소

멀티스레드 환경에서 자원 접근을 제어하기 위해서는 다음 구성요소들이 함께 작동.

구성 요소	역할	예시
임계 영역	동시에 하나의 스레드만 접근해야 하는 코드구간	count++
뮤텍스	한 번에 하나의 스레드만 접근하도록 제어	ReentrantLock, synchronized
세마포어	동시에 N개의 스레드까지 접근 허용	Semaphore(3)
모니터	Lock + Condition을 함께 관리	Java의 synchronized 블록
조건 변수	특정 조건이 충족될 때까지 대기	wait(), notify()

 

4️⃣ 세마포어 (Semaphore)

세마포어는 동시에 접근 가능한 스레드 수를 제한하는 도구.

네트워크 연결, 스레드 풀, 데이터베이스 커넥션 풀 등

동시 처리 수를 제한해야 하는 상황에서 자주 사용됨.

public class ConnectionPool {
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 동시 5개 허용

    public void connect() {
        try {
            semaphore.acquire();
            // 실제 연결 처리
            System.out.println("Connected: " + Thread.currentThread().getName());
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            semaphore.release();
        }
    }
}

 

💡 실무 팁

• API rate limit, 외부 API 호출 제한 등에 유용
• Spring WebFlux + Semaphore로 비동기 백프레셔 구현 가능

 

5️⃣ 원자적 타입 (Atomic Types)

Java의 java.util.concurrent.atomic 패키지는

Lock을 사용하지 않고 CPU의 CAS 명령으로 원자적 연산을 보장함.

private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

public void increment() {
    counter.incrementAndGet();
}

 

✅ 장점

• 락 없이 원자성 보장
• 경합 없고 성능 좋음
• 단순한 카운터나 플래그 처리에 적합

⚠️ 단점

• 단일 변수 단위의 원자성만 보장
• 복합 연산에는 부적합

💡 실무 팁

• 메트릭 카운터, 큐 크기 모니터링, 단일 상태 플래그 등에 사용
• 복잡한 연산은 synchronized 또는 StampedLock으로 전환

 

6️⃣ 동시성 지원 컬렉션 (Concurrent Collections)

Java 표준 컬렉션(ArrayList, HashMap)은 스레드 안전하지 않음.

멀티스레드 환경에서는 Concurrent 패키지의 컬렉션을 써야함.

컬렉션	설명	특징
ConcurrentHashMap	멀티스레드용 Map	세그먼트 락, 높은 성능
ConcurrentLinkedQueue	락 없는 큐	CAS 기반, 대기 없음
CopyOnWriteArrayList	읽기 많은 환경용 리스트	변경 시 복사, 읽기 빠름
BlockingQueue	생산자-소비자 패턴용	take()/put()로 스레드 대기 제