[thread] Double-Checked Locking

본 게시글은 python 코드를 기준으로 작성 습니다.

서론

DCL(Double-Checked Locking) 이란?

# DCL(Double-Checked Locking)이 적용된 싱글톤 파이썬 클래스

import sqlite3
import threading

class Database:
    _instance = None
    _lock = threading.Lock()

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:  # 첫 번째 검사: 인스턴스가 이미 생성되었는지 확인 (1)
            with cls._lock:  # 락 획득 (2)
                if cls._instance is None:  # 두 번째 검사: 다시 인스턴스 생성 여부 확인 (3)
                    cls._instance = super(Database, cls).__new__(cls)
                    # 데이터베이스 연결 초기화 (4)
                    cls._instance.connection = sqlite3.connect('db.sqlite3', check_same_thread=False)
                    cls._instance.cursor = cls._instance.connection.cursor()
        return cls._instance

Double-Checked Locking의 기본 원리

1. 첫 번째 검사: 객체가 이미 초기화되었는지 락(lock)을 획득하지 않고 빠르게 확인한다. 이미 초기화된 경우, 바로 리턴하여 자원을 아낀다. (1)

2. 락 획득: 객체가 아직 초기화되지 않았다면, 락을 획득한다. 이 단계에서 추가 비용이 발생하지만, 필요할 때만 발생한다. (2)

3. 두 번째 검사: 락을 획득한 후, 다시 한번 객체가 초기화되었는지 확인한다. 이는 다른 스레드가 락을 대기하는 동안 객체를 초기화했을 수 있기 때문이다. (3)

4. 객체 초기화: 두 번째 검사에서도 객체가 초기화되지 않았다면, 객체를 초기화한다. (4)

5. 락 반환: 초기화 과정을 마치고 락을 반환한다. (2)

사용 시 고려해야 할 문제점

• 메모리 모델 문제: C++ 같은 언어에서는 메모리 모델의 일관성이 보장되지 않아, 초기화가 완전히 완료되기 전에 객체의 참조가 다른 스레드에 의해 볼 수 있어 문제를 일으킬 수 있다. → 이는 가시성(visibility) 문제로 알려져 있음.

• 컴파일러 최적화: 일부 언어나 컴파일러에서는 DCL의 두 검사 사이의 연산 순서가 최적화 과정에서 변경되 코드가 의도와 다르게 동작할 수 있다. 하지만 파이썬은 인터프리터 언어이기에 이것이 문제가 되지 않는다.

Python에서의 DCL

결론