[게임 서버] 1.15 원자 조작

이 글은 아래의 책을 자세히 정리한 후, 정리한 글을 GPT에게 요약을 요청하여 작성되었습니다.
게임 서버 프로그래밍 교과서, 배현직 저자

📦 1. 멀티스레딩

👉🏻 항목 15: 원자 조작

원자 조작(atomic operation):

뮤텍스나 임계 영역 같은 락 없이도,
여러 스레드가 안전하게 데이터를 접근/수정할 수 있도록 보장해주는 연산.

• 일반적으로 32/64비트 크기의 변수에 대해, 여러 스레드가 동시에 접근해도 하나씩만 처리된다.

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🛠️ 원자 조작 기능

원자 조작은 아래와 같은 기능들을 제공한다:

• 값 더하기 (Atomic Add)
• 값 맞바꾸기 (Atomic Exchange)
• 조건부 맞바꾸기 (Atomic Compare Exchange)

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👉🏻 원자성을 가진 값 더하기

volatile int a = 0;
int r = AtomicAdd(&a, 3);

• a에 3을 더하는 연산은 원자적으로 수행된다.
• 연산 중에 다른 스레드가 끼어들 수 없다.

• 하지만, 반환된 r이 항상 a+3인 것은 아니다.

  → 다른 스레드가 동시에 값을 바꿨을 수도 있기 때문.

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👉🏻 원자성을 가진 값 맞바꾸기

volatile int a = 3;
int r = AtomicExchange(&a, 10);

• 변수 a의 값과 10을 원자적으로 교환한다.

• 교환 전의 a 값은 r에 담긴다.

  → 이 경우 연산 후 r == 3, a == 10

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👉🏻 원자성을 가진 값 조건부 맞바꾸기

volatile int a = ...;
int r = AtomicCompareExchange(&a, 10, 100);

• a가 10일 경우에만 100으로 바꾼다.
• a == 10이면:
  • 기존 a는 r에 저장
  • a는 100으로 변경됨
• a != 10이면:
  • a는 바뀌지 않음
  • r에는 현재 a 값이 들어감

→ 즉, 조건이 맞을 때만 값을 바꾸는 조건부 갱신 연산

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❓ 값을 직접 대입하지 않는 이유

단순히 a = 5처럼 값을 넣는 연산은 원자적이지 않다.

이런 대입은 내부적으로 다음 과정을 거친다:

1. a 값을 읽는다
2. 새 값을 준비한다 (5)
3. 값을 a에 쓴다

이 세 단계는 원자적으로 처리되지 않기 때문에, 다른 스레드가 중간에 끼어들어 값을 바꿀 수 있다.
→ 따라서 단순 대입은 데이터 경합(race condition) 을 발생시킬 수 있고,
→ 원자 조작 API에서는 이런 단순 대입 연산을 제공하지 않는다.

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⚛️ 원자 조작은 어디에 쓰이나?

• OS 수준에서 제공되는 뮤텍스, 임계 영역 등의 기본 동기화 도구들은 내부적으로 원자 조작을 기반으로 만들어져 있다.
• 즉, 더 고수준의 동기화 방식은 모두 원자 조작을 바탕으로 한다.

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