[Concurrency] Lock: 채널 (channel)

#동시성

채널은 일방적인 데이터의 흐름을 표현하기에 적합한 Lock 매커니즘 중 하나다.
내부적으로는 Mutex나 세마포어를 이용해서 구현되곤 한다. 그래서 사실 Mutex의 고수준 추상화라고 할 수도 있다. (반드시 그런 것은 아님)

채널의 종류는 여러가지가 있지만, 일반적으로 가장 많이 사용되는 형태는 multi producer single consumer(mpsc)다.
여러개의 프로듀서가 데이터를 보낼 수 있고, 하나의 컨슈머가 그 데이터를 다 받을 수 있는 것이다.
이걸 그림으로 그리면 이렇다.

sender들은 언제든지 데이터를 보낼 수 있고, 그건 항상 채널에 큐의 형태로 저장이 된다.
그리고 receiver는 큐에서 데이터를 하나씩 꺼내서 사용하게 되는 것이다.

큐에 데이터가 없다면 들어올때까지 대기한다.

장단점

Mutex 등의 여타 Lock 구현들과 비교하면 사용법이 직관적이고 단순하다는 것이 장점이다. 일반적인 Lock을 쓸 때 흔히 겪을 수 있는 데드락 등의 문제가 현저히 적다.

특히 Actor Model 등을 구현하기에 용이하다.
read 양 대비 write 양이 굉장히 많을 경우에도 유리한 편이다. 당장 다 처리가 불가능하더라도 큐의 형태로 일단 다 받고 보기 때문이다.

하지만 전반적인 성능은 Mutex만을 사용하는 것과 비교하면 떨어질 수도 있다.

사용례 (Rust)

Rust에서 간단한 채널 기반의 ping-pong 프로그램을 구현한 예다.

먼저 컨슈머가 전달받을 이벤트의 형태를 정의한다.

그리고 그걸 기반으로 채널 객체를 생성한다.

여기에는 sender와 receiver가 자동으로 생성된다.
sender를 producuer가 나눠서 가지면 되고, receiver는 단일 consumer만 가질 수 있다.

그럼 이제 저걸 가져다가 동기화를 할 수 있다.
다음은 sender가 전달하는 명령을 기반으로 문자열을 출력하고 리시버를 종료하는 로직을 구현한다.

그럼 기대한대로 실행될 것이다.

전체 코드다.

use tokio::sync::mpsc;

enum Event {
    Message(String),
    Terminate,
}

#[tokio::main]
async fn main() {
    let (sender, mut receiver) = mpsc::channel(100);

    // receiver
    tokio::spawn(async move {
        loop {
            let event = receiver.recv().await.unwrap();
            match event {
                Event::Message(msg) => {
                    println!("message: {}", msg);
                }
                Event::Terminate => {
                    println!("terminate");
                    break;
                }
            }
        }
    });

    // sender
    tokio::spawn(async move {
        sender.send(Event::Message("hello".to_string())).await;
        sender.send(Event::Message("world".to_string())).await;
        sender.send(Event::Terminate).await;
    });

    loop {}
}

참조
https://users.rust-lang.org/t/channel-or-mutex/18106