C-Sharp .Net Multithreading Singleton Thread Safety

C#에서 Singleton 멤버에 대한 `Thread-Safe` 접근 보장

많은 C# 애플리케이션에서 싱글턴 패턴은 클래스가 오직 하나의 인스턴스만 가지도록 보장하고 그 인스턴스에 대한 전역 접근점을 제공하기 위해 일반적으로 구현됩니다. 그러나 여러 스레드가 싱글턴의 멤버에 접근할 때 스레드 안전성에 대한 우려가 발생합니다. 이 블로그 포스트는 이 문제를 탐구하며, 특히 싱글턴 클래스의 Toggle() 메서드와 그 내부에서 스레드 안전한 작업을 보장하는 방법에 초점을 맞춥니다.

문제 이해하기

다음은 C#의 싱글턴 클래스 예제입니다:

public class MyClass
{
    private static readonly MyClass instance = new MyClass();
    public static MyClass Instance
    {
        get { return instance; }
    }
    private int value = 0;

    public int Toggle()
    {
        if(value == 0) 
        {
            value = 1; 
        }
        else if(value == 1) 
        { 
            value = 0; 
        }
        return value;
    }
}

여기에서 Toggle() 메서드는 value를 0과 1 사이에서 전환하도록 설계되었습니다. 하지만 여러 스레드가 동시에 Toggle()을 호출하면 이 메서드는 스레드 안전하지 않습니다. 그 결과로 예측할 수 없는 행동과 잘못된 결과가 발생할 수 있습니다.

왜 `Toggle()`은 스레드 안전하지 않은가?

두 개의 스레드가 동시에 Toggle()에 접근할 때, 그들의 실행은 value 변수를 동시에 읽고 수정하는 방식으로 겹칠 수 있습니다. 이 상황은 예상되는 결과가 발생하지 않는 시나리오로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 두 스레드가 동시에 value를 평가하면 경쟁 조건이 발생할 수 있습니다.

예제 경쟁 조건

// 스레드 1의 실행
if(value == 0) 
{
    value = 1; 
    // 스레드 2가 이제 개입함
    // 스레드 2는 value를 1로 평가하고 이를 0으로 설정함
}
// 스레드 1은 0을 반환하였으며, 이는 예상된 값이 아닙니다.

`Toggle()`을 스레드 안전하게 만드는 방법

잠금의 원리

스레드 안전을 달성하기 위해, 스레드가 코드의 중요한 섹션(이 경우 value를 수정하는 부분)을 실행할 때 다른 스레드가 개입할 수 없도록 보장해야 합니다. C#에서는 lock 문을 사용하여 이 작업을 구현할 수 있습니다.

단계별 솔루션

중요 섹션 파악하기: 방해받지 않고 실행되어야 하는 코드 섹션을 결정합니다. 이 경우 value의 읽기 및 쓰기입니다.
잠금 객체 생성하기: value는 값 형식(정수)이므로 잠글 수 없습니다. 따라서 잠금을 위한 별도의 객체가 필요합니다.

private static readonly object locker = new object();

코드를 잠금으로 감싸기: lock 문을 사용하여 value를 수정하는 중요한 섹션을 생성합니다.

수정된 Toggle 메서드

다음은 스레드 안전성을 구현한 후의 Toggle() 메서드 모습입니다:

public int Toggle()
{
    lock (locker)
    {
        if(value == 0) 
        {
            value = 1; 
        }
        else if(value == 1) 
        { 
            value = 0; 
        }
        return value;
    }
}

주요 요점

잠금 메커니즘: 전용 객체에 대해 잠금을 설정함으로써, 한 번에 하나의 스레드만 중요한 섹션에 접근할 수 있도록 보장합니다.
값 형식 잠금 피하기: 항상 참조 형식에서만 잠글 수 있다는 점을 기억하세요. 따라서 locker 객체가 필요한 것입니다.
구현 완전성: 동시 접근으로 인해 영향을 받을 수 있는 코드 섹션을 항상 검토하고 확인해 경쟁 조건을 방지해야 합니다.

결론

다중 스레드 환경에서 예기치 않은 행동을 방지하기 위해 당신의 싱글턴 클래스를 스레드 안전하게 만드는 것은 매우 중요합니다. 잠금을 사용함으로써 공유 자원을 효과적으로 보호할 수 있습니다. 스레드 안전성을 고려하여 제대로 구현된 싱글턴 패턴은 애플리케이션의 안정성과 정확성을 유지하는 데 강력하고 유용할 수 있습니다.

궁극적으로, 당신의 싱글턴에서 스레드 안전성을 이해하는 것은 복잡한 애플리케이션을 개발하는 모든 C# 개발자에게 필수적인 기술이 됩니다.

C#에서 Singleton 멤버에 대한 Thread-Safe 접근 보장