고루틴 순서대로 실행하기, 뮤텍스 이해하기

 

Golang Goroutine order of execution

고언어의 고루틴 을 호출되는 순서대로 실행시키기 위해 겪었던 시행착오를 담은 글입니다.
틀리거나 다른 내용이 있으면 가감없이 댓글로 알려주시면 감사합니다.

1. 먼저 호출된다고 먼저 실행되는 것은 아니다.

Goroutine 이 동시에 여러 코드를 실행하게하는 것은 알고 있었지만,
막연하게 먼저 호출이 되면, 자연스럽게 먼저 실행이 될 것이라고 예상을 했다.
누가 먼저 second()fmt.Println 에 도달할 지는 경우마다 다르므로 무작위로 실행된다고 볼 수 있다.

  • 예상
    • second() 호출 > i 를 채널로 전송 > fmt.Println("[NUM] : ", <-c) 실행
    • 위의 과정이 반복
  • 실제 동작
    • second() 호출 > i 를 채널로 전송
    • fmt.Println("[NUM] : ", <-c) 실행 부분에 누가 먼저 도달할지는 모름

main.go

var (
	dataSendChannel = make(chan int)
)

func main() {
	go first(dataSendChannel)
	time.Sleep(time.Second * 10)
}

func first(c chan<- int) {
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		go second(dataSendChannel)
		c <- i
	}
}

func second(c <-chan int) {
	fmt.Println("[NUM] : ", <-c)
}

Output

[NUM] :  1
[NUM] :  6 
[NUM] :  3 
[NUM] :  4 
[NUM] :  5 
[NUM] :  2 
[NUM] :  7 
[NUM] :  8 
[NUM] :  9 
[NUM] :  10

go playground : play.golang.org/p/z0g8vFOYGge

2. 뮤텍스는 채널을 Lock하지 않는다.

이 부분에서 이해가 되지 않아 거의 10시간 넘게 헤맸는데 스택오버플로우한국 go 커뮤니티, 여성 go 커뮤니티 의 도움을 받아 해결했다. (이 자리를 빌어 감사의 인사를 다시 올린다.)

아래 코드는 1~10 이 순서대로 호출되었으나 9~0 순으로 time.Sleep 이 실행되어 10 부터 내림차순으로 출력되는 결과를 볼 수 있다.

  • 예상
    • second() 호출 > i 를 채널로 전송
    • 10 - i 만큼 sleep
      • 1은 9초 대기
      • 2는 8초 대기
      • 10은 0초 대기
    • second() 는 병렬로 돌아가므로 10부터 출력
  • 실제 동작
    • 예상과 동일

main.go

var (
	dataSendChannel = make(chan int)
)

func main() {
	go first(dataSendChannel)
	time.Sleep(time.Second * 100)
}

func first(c chan<- int) {
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		go second(dataSendChannel)
		c <- i
	}
}

func second(c <-chan int) {
	num := <-c
	time.Sleep(time.Duration(10-num) * time.Second)
	fmt.Println("[NUM] : ", num)
}

Output

[NUM] :  10
[NUM] :  9
[NUM] :  8
[NUM] :  7
[NUM] :  6
[NUM] :  5
[NUM] :  4
[NUM] :  3
[NUM] :  2
[NUM] :  1

go playground : play.golang.org/p/S2x29-VkRtp

아래 코드는 위와 같은 코드에 second() 함수에 sync.RWMutex 뮤텍스 를 사용했다.

  • 예상
    • second() 호출
    • rwMutex.Lock() 실행
    • c(채널)뮤텍스 가 실행되어 읽기, 쓰기 LOCK
    • 즉, c <- i 구문이 실행되지 않아 아무런 출력값이 나오지 않음
  • 실제 동작
    • 1부터 차례대로 출력

아무것도 출력되지 않을 것이라는 예상과 다르게 순서대로 작동하는 결과를 보고, 더욱 의문을 가졌다.
그래서 채널 은 읽기는 가능하고, 쓰기 방지만 되는지 알아보았다.

main.go

var (
	dataSendChannel = make(chan int)
	rwMutex         = new(sync.RWMutex)
)

func main() {
	go first(dataSendChannel)
	time.Sleep(time.Second * 100)
}

func first(c chan<- int) {
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		go second(dataSendChannel)
		c <- i
	}
}

func second(c <-chan int) {
	rwMutex.Lock()
	num:=<-c
	time.Sleep(time.Duration(10-num) * time.Second)
	fmt.Println("[NUM] : ", num)
	rwMutex.Unlock()
}

Output

[NUM] :  1
[NUM] :  2
[NUM] :  3
[NUM] :  4
[NUM] :  5
[NUM] :  6
[NUM] :  7
[NUM] :  8
[NUM] :  9
[NUM] :  10

go playground : play.golang.org/p/xnEcS6Oke4b

만약, 쓰기 방지 가 된다면 third() 는 아무것도 출력할 수 없어야 한다.

  • 예상
    • 메인 함수는 100초 뒤에 종료
    • second() 호출
      • rwMutex.Lock() 실행
      • 1을 출력하고 1000초 뒤에 rwMutex.Unlock() 실행
    • third() 호출
      • c(채널) 이 Lock 상태
      • fmt.Println("[NUM] : ", <-c) 실행 불가
  • 실제 동작
    • third() 호출
      • c(채널) 은 Lock 되지 않음
      • fmt.Println("[NUM] : ", <-c) 실행

이 코드로 channelmutex 의 영향을 받지 않는다는 것을 확신할 수 있다.

main.go

func main() {
	go first(dataSendChannel)
	time.Sleep(time.Second * 100)
}

func first(c chan<- int) {
	go second(dataSendChannel)
	go third(dataSendChannel)
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		c <- i
	}
}

func second(c <-chan int) {
	rwMutex.Lock()
	fmt.Println("[NUM] : ", <-c)
	time.Sleep(time.Second * 1000)
	rwMutex.Unlock()
}

func third(c <-chan int) {
	for i := 1; i < 10; i++ {
		fmt.Println("[NUM] : ", <-c)
	}
}

Output

[NUM] :  1
[NUM] :  3
[NUM] :  2
[NUM] :  4
[NUM] :  5
[NUM] :  6
[NUM] :  7
[NUM] :  8
[NUM] :  9
[NUM] :  10

go playground : play.golang.org/p/n24UGJDwpLt

여러 곳에서 질문을 해서 얻은 해답은 뮤텍스한 번만 사용 할 수 있다는 것이다.
아래의 코드가 1~10 까지 차례대로 출력 할 수 있었던 이유는 rwMutex.Lock() 의 구문은 Unlock() 이 되야만 실행 할 수 있으므로 다른 고루틴들이 Unlock() 을 기다리는 것이다.

즉, lock()unlock() 사이의 변수(데이터)를 잠근다고 생각했던 것이 잘못된 생각이였고, 데이터가 아닌 lock()unlock() 사이의 코드 블록 의 비동기 실행을 방지하는 것이 올바른 설명이라고 할 수 있다.

main.go

func second(c <-chan int) {
	rwMutex.Lock()
	num:=<-c
	time.Sleep(time.Duration(10-num) * time.Second)
	fmt.Println("[NUM] : ", num)
	rwMutex.Unlock()
}

추가하자면 rwMutex.Unlock() 은 다른 고루틴에서도 사용할 수 있다.

  • 예상
    • second() 호출 > i 를 채널로 전송
    • rwMutex.Lock() 실행 > num:=<-c 으로 데이터 수신
    • third() 호출 > Unlock() 실행
    • 다른 second() 에서도 rwMutex.Lock() 실행 가능
    • 10부터 출력
  • 실제 동작
    • 예상과 동일

main.go

func first(c chan<- int) {
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		go second(dataSendChannel)
		c <- i
		go third(dataSendChannel)
	}
}

func second(c <-chan int) {
	rwMutex.Lock()
	num:=<-c
	time.Sleep(time.Duration(10-num) * time.Second)
	fmt.Println("[NUM] : ", num)
}

func third(c <-chan int) {
	rwMutex.Unlock()
}

output

[NUM] :  10
[NUM] :  9
[NUM] :  8
[NUM] :  7
[NUM] :  6
[NUM] :  5
[NUM] :  4
[NUM] :  3
[NUM] :  2
[NUM] :  1

go playground : play.golang.org/p/ZvWje0-lx5f

결론

뮤텍스 는 데이터가 아닌 lock()unlock() 사이의 코드 블록 의 비동기 실행을 방지하는 것이다.

고루틴을 호출 순서대로 실행하려면 채널뮤텍스 를 적절히 사용하면 가능하다.