레이스 컨디션(Race Condition)

레이스 컨디션(Race Condition)
: 동시성 프로그래밍의 복잡성을 보여주는 단적인 사례.

- 두 개 이상의 프로세스나 스레드가 동일한 자원(데이터, 메모리 등)에 동시 접근할 때,
실행 순서에 따라 의도치 않은 결과가 발생하는 상황을 의미한다

- 즉, 처리 순서가 예측 불가능하여, 논리적인 버그나 예상치 못한 동작이 발생할 수 있는 문제라고 할 수 있다. 이는 병렬 처리(멀티스레딩, 비동기 프로그래밍)나 동시성 프로그래밍 환경에서 자주 나타난다.

 

 

레이스 컨디션 특징

1. 비결정성(Non-deterministic Behavior)

- 실행할 때마다 결과가 달라질 수 있다.

 

2. 공유 자원 문제

- 여러 프로세스/스레드가 공유 자원(변수/메모리 등)에 동시에 접속하여 충돌이 발생.

 

3. 타이밍 의존성

- 작업이 수행되는 정확한 타이밍에 따라 결과가 달라질 수 있다.

 

레이스 컨디션 예시

1. 멀티스레딩 예시

- 다중 스레드 환경에서 동일한 변수를 수정하는 상황

import threading

counter = 0

def increment():
    global counter
    for _ in range(1000):
        counter += 1

threads = []
for i in range(5):  # 5개의 스레드 생성
    t = threading.Thread(target=increment)
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

print(counter)  # 결과가 5000이 아닐 수 있음 (레이스 컨디션 발생)

=> 문제 : 여러 스레드가 counter 값을 동시에 읽고 수정하므로, 값이 정확하게 업데이트되지 않는다.

 

 

2. 로그인 시스템에서의 예시

- 사용자가 동시에 두 번 로그인 요청을 보냈을 때

• 서버가 같은 게정에 대해 두 개의 세션을 생성한다.
• 나중에 생성된 세션이 이전 세션을 덮어쓰거나 둘 다 유효하지 않게 만든다.

 

레이스 컨디션의 주요 원인

1. 동시 접근(Concurrent Access)

- 여러 프로세스/스레드가 동일한 자원에 접근.

 

2. 공유 자원

- 공유 자원(변수, 데이터베이스, 파일 등)을 동기화하지 않고 접근

 

3. 타이밍 이슈

- 작업 실행 순서를 보장하지 않음.

 

4. 비동기/멀티스레드 환경

- 비동기 작업 또는 멀티스레드 프로그래밍에서 타이밍 문제 때문에 발생한다.

 

해결 방법

1. 락(Lock) 사용

- 스레드가 자원을 사용할 때 다른 스레드가 접근하지 못하도록 잠금을 설정

[예시]

import threading

lock = threading.Lock()
counter = 0

def increment():
    global counter
    for _ in range(1000):
        with lock:  # 락을 사용하여 동기화
            counter += 1

threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=increment)
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

print(counter)  # 항상 5000

 

 

2. 동기화(Synchronization)

- 공유 자원에 접근하는 코드(크리티컬 섹션)을 동기화.

- 상호 배제(Mutual Exclusion) 사용

 

3. 원자성(Atomicity) 보장

- 공유 변수에 대한 작업을 원자적으로 수행

- 예시 : 데이터베이스 트랜잭션, Interlocked 함수 등.

 

4. 타이밍 제어

- 코드의 실행 순서를 명시적으로 제어하여 충돌 방지.

 

5. 비동기 프로그래밍 관리

- Promise와 async/await 으로 실행 순서를 명확하게 정의.

 

사례

전자상거래 시스템

- 두 사용자가 동시에 동일한 상품을 구매할 경우, 재고가 초과되는 문제

 

금융 어플리케이션

- 계좌에서 동시에 출금 요청이 들어와 잔액이 음수가 되는 문제

 

파일 접근

- 여러 프로그램이 동시에 파일을 읽고 쓰는 경우, 파일 데이터가 손상.