Semaphore

Semaphore란

세마포어(Semaphore)는 멀티프로그래밍 환경에서 여러 프로세스나 스레드가 공유 자원에 동시에 접근하는 것을 제어하는 동기화 장치이다.

두 개의 원자적 함수로 조작되는 정수형 변수
- 자원 요청 함수: wait() / P() / acquire()
- 자원 반납 함수: signal() / V() / release()
Signaling 메커니즘으로 구현
락을 걸지 않은 스레드도 signal을 사용해 락을 해제 가능
스레드 간 협업에 더 유연
세마포어의 카운트를 1로 설정하면 뮤텍스처럼 활용 가능
Non-Busy-Waiting 방식이다.

Busy-Waiting

원하는 자원을 얻기 위해 기다리는 것이 아니라 권한을 얻을 때까지 반복적으로 확인하는 것을 의미한다.

CPU의 자원을 쓸데 없이 낭비하기 때문에 좋지 않은 쓰레드 동기화 방식이다.

Link to original

관리 오버헤드(Overhead) 최소화: 대기열을 선입선출(FIFO)로 엄격하게 관리하려면 큐(Queue) 상태를 유지하고 스레드의 순서를 추적하는 추가적인 연산 비용이 발생합니다. 약성 세마포어는 이러한 엄격한 큐 관리 비용이 없어 락(Lock) 획득과 해제가 훨씬 빠릅니다.
CPU 캐시 효율성 및 컨텍스트 스위칭 감소: 자원이 해제되었을 때 큐의 맨 앞에 있는(가장 오래 대기한) 스레드를 억지로 깨우는 대신, 마침 CPU 스케줄러에 의해 실행 대기 상태에 있거나 캐시에 데이터가 남아있는 스레드가 자원을 즉시 획득하도록 내버려 두면 시스템 전체의 효율이 크게 향상됩니다.
작업자 간 구분이 없는 스레드 풀 환경: 웹 애플리케이션의 HTTP 요청 처리처럼 “어떤 스레드가 먼저 클라이언트를 응대하든 상관없이, 남는 스레드가 최대한 빨리 일을 가져가서 전체 처리량만 높이면 되는” 상황에 완벽히 부합합니다.

Java 환경에서 동시성을 제어할 때 사용하는 Semaphore 클래스는 기본적으로 약성(Non-fair) 모드로 동작