Park Wooseong

Just Learn it

파이썬 3 바이블을 참고하였다.

하나의 프로세스 안에 있는 스레드들은 각각 독립적으로 스택을 가지고 실행되지만, 코드와 데이터는 공유한다. 스레드의 실행은 어느 시점에서라도 중단되고(Preemptive) 다른 스레드로 실행구너이 넘어갈 수 있다. 스레드의 실행은 독립적이어서 다른 스레드와의 실행 순서에 관한 어떠한 가정도 할 수 없다.

파이썬은 내부적으로 전역 인터프리터 록(Global Interpreter Lock, GIL)을 사용한다. 이것은 시스템 하나에서 스레드 하나만 실행되도록 제한한다. 따라서 여러개의 코어가 있어도 파이썬 스레드는 하나의 코어에서만 실행된다.

Multithreading

threading 모듈

스레드 객체 생성

  • 호출 가능한 객체(함수 등)를 생성자에 직접 전달
  • 하위 클래스에서 run() 메서드를 중복

Lock/RLock 객체

스레드가 좋은 점은 전역 변수를 공유할 수 있다는 것이다. 하지만, 여러 스레드에서 동시에 공유하는 변수를 수정하려고 하면 경쟁 조건(Race Condition) 문제가 발생한다. 따라서 상호 배제(Mutual Exclusion)를 구현하여 공유하는 변수가 올바르게 수정되는 것을 보장해야 한다. Lock 클래스를 이용하는 것이 대표적이다.

RLock 클래스 객체는 Lock 클래스 객체와 같으나, 록을 소유하고 있는 스레드가 한 번 이상 acquire() 메서드를 호출할 수 있다. 록을 획득(acquire)만큼 해제(release)해야 록이 해제된다.

Condition 객체

조건변수에 대한 내용은 일반적으로 운영 체제의 모니터에서 다룬다. 조건 변수는 내부에 하나의 스레드 대기 큐(Queue)를 가진다. wait() 메서드를 호출하는 스레드는 이 대기 큐에 넣어지고 대기(Sleep) 상태가 된다. notify() 메서드를 호출하는 스레드는 이 대기 큐에서 하나의 스레드를 깨운다.

전형적으로 wait()와 notify() 메서드는 록을 획득한 상태에서 호출된다. 다음과 같이 모든 스레드가 참조하는 공유변수 cv가 있다고 하자.

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cv = threading.Condition()

wait() 메서드를 호출하는 스레드는 다음과 같다.

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cv.acquire()    # 록을 얻는다.
# A
while ...:      # 적절한 조건이 주어진다.
cv.wait()       # 잠시 록을 해제하고, cv 내부 대기 큐에서 기다린다.
# B
cv.release()    # 록을 해제한다.

또 다른 스레드는 notify() 메서드로 대기중인 스레드를 깨운다.

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cv.acquire()    # 록을 얻는다.
# C
cv.notify()     # cv 내부 대기 큐에서 기다리고 있는 스레드 하나를 깨운다.
# D
cv.release()    # 록을 해제한다.

A, B, C, D 모두 록을 얻은 상태에서만 실행 가능한 코드이다. A, B, C, D에는 하나의 스레드만이 존재할 수 있다.

cv.notifyAll() : 대기 큐에서 기다리고 있는 스레드 모두를 깨운다.

P1(A) -> P2(A) -> P3(C) -> P1(wait) -> P2(wait) -> P3(notify) -> P1(wakeup) -> P3(release) -> P1(B) -> P2(…wait for notify)

Semaphore 객체

가장 오래된 동기화 프리미티브(Primitive)이다. 내부에 정수형의 카운터 변수(_value)를 가지고 있으며 이것은 세마포어 변수를 만들 때 초기화된다. acquire()에 의해 1씩 감소하고 release()에 의해 1씩 증가한다. 0보다 작을 수 없다.

acquire() 실행시 카운터 값이 0이면 스레드는 세마포어 변수의 대기 큐에 넣어져 블록상태(Block, 실행을 멈추고 어떤 사건이 일어나기를 대기하는 상태, CPU를 점유하지 않음)로 들어간다.

release() 는 대기 스레드가 있는지 검사하고 있으면 가장 오래된 스레드를 깨우고 없으면 카운터 값이 1만큼 증가한다.

Event 객체

set(), clear(), wait(), isSet() 의 4개의 메서드를 가지고 있다. 이벤트 객체는 내부에 하나의 이벤트 플래그(_flag)를 가진다. 초깃값은 0이다.

  • set() : 내부 플래그를 1로 만듬
  • clear() : 내부 플래그를 0으로 만듬
  • wait() : 내부 플래그가 1이면 즉시 반환하며, 0이면 다른 스레드에 의해서 1이 될 때까지 블록(대기) 상태에 들어간다. wait() 메서드는 내부 플래그 값을 바꾸지 않는다.
  • isSet() : 내무 플래그의 상태를 넘겨준다. _flag를 직접 참조하지 말자.

queue 모듈

파이썬은 멀티스레드 환경에서 사용할 수 있는 queue 모듈을 제공한다.

  • queue.Queue(n) : n -> 최대크기
  • put(item, block=True, timeout=None) : 큐에 item을 넣습니다. 선택적 인자 block=True이고 timeout이 None(기본값)이면, 사용 가능한 슬롯이 확보될 때까지 필요하면 블록합니다. timeout이 양수면, 최대 timeout 초 동안 블록하고 그 시간 내에 사용 가능한 슬롯이 없으면 Full 예외가 발생합니다. 그렇지 않으면 (block=False), 빈 슬롯이 즉시 사용할 수 있으면 큐에 항목을 넣고, 그렇지 않으면 Full 예외를 발생시킵니다 (이때 timeout은 무시됩니다).
  • put_nowait(item) : put(item, False)와 동일하다 바로 시도해서 없으면 기다리지 않고 바로 예외 발생
  • qsize() : 큐의 크기
  • empty() : 비어있으면 True, 아니면 False
  • full() : 차 있으면 True, 아니면 False
  • get() : 큐에서 항목을 제거하고 반환합니다. 선택적 인자 block=True이고 timeout이 None(기본값)이면, 항목이 사용 가능할 때까지 필요하면 블록합니다. timeout이 양수면, 최대 timeout 초 동안 블록하고 그 시간 내에 사용 가능한 항목이 없으면 Empty 예외가 발생합니다. 그렇지 않으면 (block=False), 즉시 사용할 수 있는 항목이 있으면 반환하고, 그렇지 않으면 Empty 예외를 발생시킵니다 (이때 timeout은 무시됩니다).
  • get_nowait() : get(False) 와 같다.

참고