6장, 싱글턴(Singleton)의 구현 - 5. 싱글턴이 쓰레드를 만났을 경우 고려사항

이 포스트의 목적

• 싱글턴이 쓰레드와 만났을 경우 고려사항을 남기기 위해서이다.
  

이 포스트의 준비물

• Firefox 4.0 b7
  
• g++ 4.3.2
  
• vim
  
• putty
  

참조 링크

• 박피디의 게임 아키텍트 블로그 - 마이어스 싱글턴의 주의점 중... - 싱글턴이 쓰레드와 만났을 경우 문제
  
• KLDP의 프로그래밍 QnA - 싱글턴 패턴에서 소멸자가 private 중 ... - 이중 검사 동기화 패턴 예제
  
  
• 서광열의 프로그래밍 언어 이야기 - C/C++ volatile 키워드 - 마소 기고글
  
• 천 리 길도 한 걸음부터 - 동기화 이슈 - volatile 키워드의 이야기
  
• 디버깅 월드 - C/C++ volatile 키워드 - 플랫폼간의 volatile 키워드의 차이점
  
  

참조 서적

• 안드레 알렉산드레스쿠 저. Modern C++ Design. 이기형 역.
  Addiston-Wesley. 인포북. 초판 2003.07.30. page(244 ~ 248)

내용

싱글턴이 쓰레드와 만났을 경우, 고려해야할 사항은 무엇인가?

• 싱글턴 객체의 생성 동기화

여러 쓰레드가 동시에 싱글턴 객체를 생성할 경우, 마지막에 생성된 싱글턴 객체만 정상적으로 사용할 수 있고, 그 전에 생성된 객체는 사용할 수 있게 되므로, 싱글턴 객체를 생성할 때, 쓰레드에 안전하도록 유의해야 한다.

동기화 방법으로는 임계영역 객체(뮤텍스, 세마포어 등)를 이용한 동기화 방법이 있다. 하지만 싱글턴 객체를 사용할 때마다 동기화 객체를 이용한 방법은 성능상 큰 문제를 발생 시키므로, "이중 검사 동기화(double-checked locking) 패턴"을 사용하여, 이 문제들을 해결할 수 있고, 그 코드는 다음과 같다.
// http://ikpil.com class singleton { ... public: singleton& instance() { // check 1 if (p_instance) return *p_instance; // locking... scoped_lock my_lock(lock_); // check 2 if (p_instance) return *p_instance; // ok. new! p_instance = new singleton(); // return. return *p_instance; } private: static singleton *p_instance; ... }; singleton* singleton::p_instance = 0; // gcc comfile, no line at end of file.

이 방법으로 쓰레드 문제도 피해가고, 성능 문제도 피해갈 수 있다. 하지만 여기에도 문제가 있다.

문제점

• p_instance가 A 쓰레드에서 초기화된 메모리지만, B 쓰레드 입장에선 아직 초기화 되지 않은 변수로 보일 수 있는 문제

이 문제는 특정 시스템에서 발생하는 것으로 알려졌는데(어느 환경인지는 설명이 없다. 왜 이 중요한 정보가 없을까?), 이 문제를 풀기 위해서 두가지 방법이 존재한다.

• 언어적 해결 방법 - C++ 에서 지원하는 volatile 키워드 p_instance에 적용한다.
  
• 구조적 해결 방법 - 메인 쓰레드에서 먼저 싱글턴 객체를 생성한 뒤, 다른 쓰레드에서 사용한다.
  

구조적 해결 방법이 가장 확실하지만, 구조를 바꾸기는 힘들기 때문에, 언어적 해결 방법을 많이 쓰일 것이다. 하지만 이 언어적 해결 방법에도 문제가 있다.

언어적 해결 방법의 문제점

• volatile 키워드는 컴파일러마다 그 구현이 달라, 메모리 장벽(memory barrier)을 보장하지 않는다. 또는 보장한다.
  

이렇기 때문에, ... 알아서들 자신의 환경과 volatile 키워드를 조사하여 사용하는게 맞을것 같다.

여담

• 많은 경우 문제란 환경에 따라 달라지는 것을 알 수 있다.
  
• g++ 에선 volatile 키워드가 어떤지 살펴봐야 겠다.
  
• 싱글턴에서 이중 검사 동기화 패턴이 안먹히는 경우가 생길수 있을지 의문이다.(이론적으로 생긴다 하더라도...)
  
  
• 다음 항목에선 마의 장벽, 싱글턴 패턴을 단위 전략(또는 정책 기반 - policy-based)으로 구성시키는 방법을 다룬다.
  

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