Arc와 Mutex 사용 시기: Rust의 동시성 프로그래밍

카테고리

프로그래밍/소프트웨어 개발

서브카테고리

개발 툴

대상자

Rust로 동시성 또는 멀티스레드 프로그램을 구현하는 개발자

• 난이도: 중급 (소유권 시스템과 스레드 안전성 이해 필요)*

핵심 요약

• Arc(Atomic Reference Count)는 스레드 간 공유 소유권을 위한 스마트 포인터
• Mutex(Mutual Exclusion)는 스레드 간 데이터 변경 시 동기화를 위한 락 기반 구현
• Arc + Mutex 조합은 공유 가능한 가변 데이터에 필수적 (예: 멀티스레드 카운터)
• 피해야 할 함정: 데드락, 락 경쟁, poisoned lock 대응

섹션별 세부 요약

1. Rust의 동시성 모델

• Rust는 컴파일 시점에 데이터 레이스 제거를 통해 안전한 동시성 프로그래밍 지원
• 소유권 시스템이 복수의 가변 참조를 허용하지 않음 (스레드 간 데이터 공유 시 문제 발생)

2. Arc와 Mutex의 역할

• Arc
• Arc::clone()을 통해 스레드 간 데이터 공유 가능
• 레퍼런스 카운트가 원자적으로 증감하여 메모리 누수 방지
• Mutex
• lock() 메서드로 데이터 변경 시 락 획득
• 독점적 접근 보장 (스레드 간 데이터 오염 방지)

3. Arc + Mutex 사용 시기

• 공유 가능한 가변 데이터가 필요할 때 (예: 멀티스레드 카운터)
• Arc로 스레드 간 데이터 공유, Mutex로 동시 수정 방지
• 예제 코드:

```rust

let counter = Arc::new(Mutex::new(0)); // Arc로 공유, Mutex로 락 적용

let counter_clone = Arc::clone(&counter);

let handle = thread::spawn(move || {

let mut num = counter_clone.lock().unwrap(); // 락 획득

• num += 1; // 안전한 데이터 변경

});

```

4. 데드락 및 성능 문제

• 데드락 발생 조건:
• 두 스레드가 서로 다른 순서로 락을 획득 (예: data1.lock() 후 data2.lock() vs data2.lock() 후 data1.lock())
• 해결 방법: 락 획득 순서 통일
• 성능 저하 원인:
• 락 경쟁이 심할 경우 스레드 대기 시간 증가
• 해결 방법: critical section 범위 최소화 (예: lock() 후 즉시 unlock())

5. Poisoned Lock과 예외 처리

• Poisoned Lock: 락 획득 시 스레드가 panic 발생으로 인해 락 상태가 손상됨
• 대응 방법:

```rust

let mut num = counter.lock().unwrap_or_else(|err| {

println!("Mutex lock poisoned: {:?}", err);

err.into_inner()

});

```

결론

• Arc + Mutex은 멀티스레드 환경에서 공유 가능한 가변 데이터에 필수적
• 데드락 방지를 위해 락 획득 순서 통일하고, critical section 범위 최소화
• poisoned lock은 Result를 통해 안전하게 처리
• 추가적으로 RwLock 또는 Atomic 타입을 활용한 비동기 동시성 구현도 고려할 것