여러 스레드가 동작하는 환경에서 데이터의 안정성을 보장하는 방법으로 락을 사용하는 대신 저수준의 하드웨어에서 제공하는 CAS (compare-and-swap) 명령을 사용하는 넌블로킹 알고리즘을 다룬다.

15.1 락의 단점

• 락을 확보하지 못한 스레드는 실행을 멈춰야 하며 나중에 조건이 충족되면 다시 실행시켜야 한다.
  • 스레드의 실행을 중단했다가 다시 실행하는 작업은 상당한 부하를 발생시키며, 적지 않은 시간 동안 작업이 중단되게 된다.
  • 락에 대한 경쟁이 심해질수록 필요한 작업을 처리하는 시간 대비 동기화 작업에 필요한 시간이 늘어난다.
• 스레드가 락을 확보하기 위해 대기하고 있는 상태에서 대기 중인 스레드는 다른 작업을 전혀 못한다.
  • 락을 확보한 스레드가 우선 순위가 떨어지고 대기 중인 스레드가 우선 순위가 높다면, 우선 순위 역전 (priority inversion) 이 발생해 우선 순위가 높지만 락이 해제될 때까지 대기해야한다.

15.2 병렬 연산을 위한 하드웨어적인 지원

배타적인 락 방법은 보수적인 동기화 기법으로, 일단 값을 변경하고 다른 스레드의 간섭 없이 값이 제대로 변경하는 방법이 훨씬 효율적으로 동작할 수 있는 낙관적인 방법이다.

• 이 방법에서 충돌 검출 (collision detection) 방법을 사용해 값을 변경하는 동안 다른 스레드에서 간섭이 있었는지 확인할 수 있으며, 간섭이 있다면 해당 연산이 실패하게 되고 재시도하거나 재시도조차 하지 않는다.

  → “허락을 받기보다는 나중에 용서를 구하는 편이 더 쉽다 더 효율적이다”

프로세서는 공유된 변수를 놓고 동시에 여러 작업을 해야하는 상황을 간단하게 관리할 수 있는 명령어를 제공한다.

• 초기의 프로세서는 아래의 단일 연산을 하드웨어적으로 제공했다.

  ▶️ test-and-set ▶️ fetch-and-increment ▶️ swap

• 현재의 프로세서는 read-modify-write 연산을 하드웨어적으로 제공한다.

  ▶️ CAS (compare-and-swap) ▶️ LL/SC (load-linked/store-conditional)

15.2.1 CAS

CAS 연산에는 3개의 인자를 넘겨주는데, V 위치에 있는 값이 A 와 같은 경우에 B 로 변경하는 단일 연산이다.

• 작업할 대상 메모리의 위치인 V

• 예상하는 기존 값인 A
• 새로 설정할 값인 B

만약 이전 값이 A 와 달랐다면 아무런 동작도 하지 않고, 성공/실패 시에 상관없이 현재 V 의 값을 리턴한다.

<aside> 💡 풀어서 이야기하면 V 에 들어 있는 값이 A 라고 생각되며,

• 실제로 V 의 값이 A 라면 B 라는 값으로 바꿔 넣어라.
• 만약 V 의 값이 A 가 아니라면 아무 작업도 하지 말고 V 의 값이 뭔지를 알려달라. (다른 스레드가 V 의 값을 변경해 A 가 아니라면 아무 작업을 하지 말라)

</aside>