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모니터 (Monitor)

모니터란?

• 상호 배제(Mutual Exclusion) 를 보장한다.
• 조건에 따라 스레드가 대기(Waiting) 상태로 전환하는 기능을 제공한다.

모니터는 언제 사용되나?

• 한 번의 하나의 스레드만 실행될 때 사용된다.
• 여러 스레드와 협업(Cooperation) 이 필요할 때 사용한다.

모니터 구성요소

• Mutex
• Condition Variable

Mutex

• 임계 영역(Critical Section) 에서 상호 배제(Mutual Exclusion) 를 보장하는 장치
• 임계 영역(Critical Section) 에 진입하려면, Mutex Lock 을 취득해야 한다.
• Mutex Lock 을 취득하지 못한 스레드는 Queue 에 들어간 후, 대기 상태로 전환된다.
• Mutex Lock 을 취득한 스레드가 작업을 끝내고 Lock 을 반환하면, Queue 에 대기 상태로 있던 스레드 중 하나가 실행된다.

Condition Variable

• Wating Queue 를 기본적으로 가진다.
• Wating Queue 는 조건이 충족되길 기다리는 스레드들이 대기 상태로 머무는 곳이다.

Condition Variable 에서 주요 동작(Operation)

Wait

• 스레드가 자기 자신을 Condition Variable 의 Wating Queue 에 넣고, 대기 상태로 전환한다.

Signal

• Wating Queue 에서 대기 중인 스레드 중에 하나를 깨우는 역할을 한다.

BroadCast

• Wating Queue 에서 대기 중인 스레드를 전부 깨우는 역할을 한다.

두 개의 Queue

Entry Queue

• 임계 영역(Critical Section) 에 진입을 기다리는 큐이며, Mutex 에서 관리하는 Queue 이다.

Wating Queue

• 조건이 충족되기를 기다리는 Queue 이며, Condition Variable 이 관리하는 Queue 이다.

Bounded Producer, Consumer Problem

Producer Problem

• Producer 가 아이템을 계속 생산해서 Buffer 가 가득차서 공간이 없는 상황이다.
• Buffer 가 비워지기를 기다리면서 Producer 가 계속 확인하는 문제가 있다.

Consumer Problem

• Consumer 가 Buffer 에 아이템이 하나도 없는 상황이다.
• Consumer 는 Buffer 에 아이템이 있는지 계속해서 확인해야 하는 문제가 있다.

문제를 해결할 방법?

• Monitor 를 통해 해결할 수 있다.
• 위 코드의 producer(), consumer() 흐름을 정확히 이해할 것

자바에서 모니터란?

• Monitor 라는 것이 사실 프로그래밍 언어 레벨에서 지원되는 것이다.
• 따라서 Monitor 를 직접 구현하는 일은 잘 없다.
• 프로그래밍 언어에서 지원하는 Monitor 를 사용만 하면 되는 것이다.

자바 모니터

• 자바에서 모든 객체는 내부적으로 Monitor 를 하나씩를 가지고 있다.
• 자바 Monitor 의 상호 배제(Mutual Exclusion) 기능은 synchronized 키워드로 사용한다.
• 자바 Monitor 는 Condition Variable 를 하나만 갖는다.

자바 모니터의 세 가지 동작

• Wait
• Notify (Signal 과 동일)
• NotifyAll (BroadCast 와 동일)

Bounded Producer, Consumer Problem With Java

• synchronized 키워드를 통해 상호 배제(Mutual Exclusion) 가 보장된다.
• wait(), notifyAll() 메소드를 통해 Condition Variable 의 Wating Queue 로 스레드를 보내거나, Waiting Queue 에 있는 스레드를 깨운다.
  • wait() 가 호출되면, 가지고 있던 Lock 을 반납한다는 점을 꼭 기억해야한다.
• 자바 Monitor 를 사용할 때, 두 가지 이상의 Condition Variable 이 필요하다면, 따로 구현이 필요하다.
• java.util.concurrent 패키지에는 동기화 기능이 탑재된 여러 클래스들이 있으니 참고해서 사용하면 된다.

참고

• 모니터(Monitor) 설명 영상 보기