C# SemaphoreSlim: 멀티스레드 리소스 접근 제어 예제와 설명

이 코드는 **SemaphoreSlim**을 사용하여 동시에 최대 4개의 스레드만 데이터베이스에 접근할 수 있도록 제한하는 예제입니다. 아래에서 코드 동작을 단계별로 분석하고, 이를 바탕으로 SemaphoreSlim의 동작 원리와 특성을 설명하겠습니다.

    internal class Program
    {
        static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(4);

        static void AccessDatabase(string name, int seconds)
        {
            Console.WriteLine("{0} waits to access a database", name);
            _semaphore.Wait();

            Console.WriteLine("{0} was granted an access to a database", name);
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));

            Console.WriteLine("{0} is completed", name);
            _semaphore.Release();
        }


        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 1; i <= 6; i++)
            {
                string threadName = "Thread " + i;
                int secondsToWait = 2 + 2 * i;
                var t = new Thread(() => AccessDatabase(threadName, secondsToWait));
                t.Start();
            }
        }
    }

 

1. 코드 구조 및 주요 부분

1.1 SemaphoreSlim 초기화

static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(4);

• SemaphoreSlim 생성자: SemaphoreSlim의 첫 번째 매개변수로 초기 카운트를 설정합니다.
• 여기서는 초기 카운트를 4로 설정했으므로, 동시에 4개의 스레드만 리소스(데이터베이스)에 접근할 수 있습니다.

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1.2 스레드 생성 및 실행

for (int i = 1; i <= 6; i++)
{
    string threadName = "Thread " + i;
    int secondsToWait = 2 + 2 * i;
    var t = new Thread(() => AccessDatabase(threadName, secondsToWait));
    t.Start();
}

• 6개의 스레드를 생성하고 시작합니다.
• 각 스레드에는 고유한 이름(Thread 1 ~ Thread 6)과 데이터베이스 작업 시간이 주어집니다.
  • 작업 시간은 2 + 2 * i로 계산되며, 스레드마다 다릅니다.

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1.3 데이터베이스 접근 제어

_semaphore.Wait(); // 세마포어 잠금
Console.WriteLine("{0} was granted an access to a database", name);
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); // 데이터베이스 작업 수행
Console.WriteLine("{0} is completed", name);
_semaphore.Release(); // 세마포어 잠금 해제

1. _semaphore.Wait():
   • 스레드가 세마포어를 통해 데이터베이스에 접근하기 위해 대기합니다.
   • 세마포어 카운터가 0이면, 스레드는 대기 상태에 들어갑니다.
2. 데이터베이스 작업:
   • 데이터베이스에 접근 권한을 얻은 스레드는 지정된 시간 동안 작업(Thread.Sleep)을 수행합니다.
3. _semaphore.Release():
   • 데이터베이스 작업이 끝난 스레드는 세마포어 잠금을 해제하며, 카운터를 증가시킵니다.
   • 대기 중인 스레드가 있다면, 카운터가 증가하면서 접근 권한을 얻게 됩니다.

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2. 실행 결과 예상

출력은 실행 환경에 따라 약간 달라질 수 있지만, 주요 흐름은 동일합니다.

예시 출력

Thread 1 waits to access a database
Thread 2 waits to access a database
Thread 3 waits to access a database
Thread 4 waits to access a database
Thread 1 was granted an access to a database
Thread 2 was granted an access to a database
Thread 3 was granted an access to a database
Thread 4 was granted an access to a database
Thread 5 waits to access a database
Thread 6 waits to access a database
Thread 1 is completed
Thread 5 was granted an access to a database
Thread 2 is completed
Thread 6 was granted an access to a database
Thread 3 is completed
Thread 4 is completed
Thread 5 is completed
Thread 6 is completed

결과 해석

1. 처음에는 세마포어의 카운터가 4이므로 Thread 1 ~ Thread 4는 즉시 데이터베이스 접근을 허용받습니다.
2. Thread 5와 Thread 6는 세마포어 카운터가 0이 되었기 때문에 대기 상태에 들어갑니다.
3. Thread 1 작업이 끝나고 세마포어를 해제하면, Thread 5가 접근 권한을 얻습니다.
4. 이후, 작업이 완료될 때마다 다른 대기 중인 스레드가 차례로 접근 권한을 얻습니다.

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3. SemaphoreSlim의 동작 원리와 특징

1. SemaphoreSlim의 역할:
   • 세마포어는 제한된 리소스(여기서는 데이터베이스)에 대한 동시 접근을 제어합니다.
   • SemaphoreSlim은 경량화된 세마포어로, 프로세스 내부의 스레드 동기화에 최적화되어 있습니다.
2. 작동 방식:
   • Wait 또는 WaitAsync: 세마포어 카운터를 감소시키며, 카운터가 0이면 대기 상태로 들어갑니다.
   • Release: 세마포어 카운터를 증가시키며, 대기 중인 스레드를 깨웁니다.
3. 주요 특징:
   • SemaphoreSlim은 **비동기 작업(WaitAsync)**을 지원하여 비동기 프로그래밍에 적합합니다.
   • SemaphoreSlim은 프로세스 내에서만 작동하므로, 프로세스 간 동기화가 필요할 경우 Semaphore를 사용해야 합니다.

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4. SemaphoreSlim vs Semaphore

특징 Semaphore SemaphoreSlim

동기화 범위	프로세스 간 (네임드 세마포어)	프로세스 내부 (스레드 간)
비동기 지원	지원하지 않음	WaitAsync로 비동기 지원
성능	상대적으로 무거움	경량화, 성능 우수
사용 사례	여러 프로세스에서 리소스를 공유	단일 프로세스 내부 동기화

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5. 언제 SemaphoreSlim을 사용할까?

• 단일 프로세스에서 다수의 스레드가 제한된 리소스에 접근해야 할 때.
• 비동기 프로그래밍을 사용하는 경우(async/await).
• 경량화된 동기화를 필요로 하는 경우.

6. 요약

• 이 예제는 **SemaphoreSlim**을 사용해 동시에 4개의 스레드만 데이터베이스에 접근하도록 제한하는 방식으로 작동합니다.
• SemaphoreSlim은 경량화된 동기화 도구로, 단일 프로세스에서 스레드 간 리소스 접근을 제어하는 데 매우 적합합니다.
• 동시성 제어와 리소스 관리가 중요할 때 SemaphoreSlim을 사용하는 것을 고려하세요!

추가적인 설명이 필요하면 말씀해주세요! 😊