RwLock, 그리고 Mutex의 차이점

한번쯤 들어본 RwLock은 Mutex(상호 배제)와 비슷해 보입니다. RwLock는 Reader-Writer Lock의 줄임말입니다.

(출처: https://github.com/usagi/rust-memory-container-cs)

이 자료에서 볼 수 있듯이 Mutex는 Reader / Writer이며, RwLock은 Readers / Writer 입니다.
Mutex는 동기화이며, RwLock은 그렇지 않습니다. 여기서 Lock의 의미는 다음과 같습니다:

• Write Lock: Writer가 쓰기를 마칠 때까지 Reader가 읽을 수 없습니다.
• Read Lock: Reader가 읽을 때 까지 Writer가 값을 수정할 수 없습니다.

Mutex는 lock을 호출하는 시점에서 자신의 차례가 올 때까지 기다립니다. (unlock, lock 함수가 반환하는 MutexGuard가 Drop 되면 자동으로 unlock 됩니다.)

또 한가지가 더 있습니다.

RwLock<T>는 Mutex<T>에 비해 T가 thread-safe를 위해 구현해야 할 트레잇 바운드가 더 많습니다:

• Mutex: T: Send
• RwLock: T: Send + Sync

즉, 동기화를 위한 API는 Mutex가 유일합니다. Mutex와 RwLock의 API를 보면 차이점이 이해될 수 있습니다:

• Mutex에서 값을 Write/Read (이하 R/W) 하려면 lock을 호출하여 MutexGuard 스마트 포인터를 얻습니다.
  이를 역참조하여, 값을 R/W 할 수 있습니다.
  • MutexGuard는 Deref가 구현되어 있으니 스마트 포인터입니다. (이런 구조를 RAII 패턴이라 칭합니다.)
    즉, 정확히는 Mutex가 스마트 포인터가 아닌 MutexGuard가 스마트 포인터입니다.
• RwLock은 write()와 read()를 통해 각각 RwLockWriteGuard와 RwLockReadGuard를 얻습니다.
  이 둘도 위와 같이 스마트 포인터 이며, 이들도 역참조를 통해 값을 R/W 할 수 있습니다.

물론 lock(), write(), read()를 호출하면 Result<T, E>를 반환합니다. 이해를 돕기 위해 위와 같이 설명했을 뿐이죠.

아래의 예제를 보며, Mutex와 RwLock이 어떻게 작동하는지 확인해봅시다:

use std::{
    sync::{Arc, Mutex},
    thread,
    time::Duration,
};

fn main() {
    let x = Arc::new(Mutex::new(0));

    let t1 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let mut x = x.lock().unwrap();
            *x += 1;

            println!("t1 (write): {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    let t2 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let x = x.lock().unwrap();
            println!("t2: {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    let t3 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let x = x.lock().unwrap();
            println!("t3: {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    t1.join().unwrap();
    t2.join().unwrap();
    t3.join().unwrap();
}

이 예제는 Mutex를 사용하는 예제입니다.

실행해보면 t1이 출력되며, 1초를 기다린 후 t2, 또다시 1초를 기다린 후 t3가 출력되었습니다 이는 Mutex가 동기화라는 것을 알 수 있습니다. R/W를 하나 밖에 하지 않기 때문에 lock을 호출하여 MutexGuard 스마트 포인터를 가져온 후, 역참조 하여 값을 수정하고 읽었습니다.

RwLock

조금만 수정하여 RwLock을 사용하는 예제를 작성해봅시다:

use std::{
    sync::{Arc, RwLock},
    thread,
    time::Duration,
};

fn main() {
    let x = Arc::new(RwLock::new(0));

    let t1 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let mut x = x.write().unwrap();
            *x += 1;

            println!("t1 (write): {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    let t2 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let x = x.read().unwrap();
            println!("t2: {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    let t3 = thread::spawn({
        let x = Arc::clone(&x);

        move || {
            let x = x.read().unwrap();
            println!("t3: {}", *x);

            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    t1.join().unwrap();
    t2.join().unwrap();
    t3.join().unwrap();
}

이 예제를 실행해보면 t1이 출력된 후, 1초 뒤에 동시에 t2, t3 (이 둘의 순서는 상관없습니다. 동시에 출력되었기 때문이죠.)이 출력되었습니다. 그리고 1초 후 프로그램이 종료되었습니다. 이렇듯 RwLock은 동기화되지 않습니다. 실제로 같은 코드 내에서 Mutex의 lock을 동시에 실행하면, 데드락(deadlock)이 발생합니다:

use std::sync::{Arc, Mutex};

fn main() {
    let x = Arc::new(Mutex::new(0));

    {
        let x1 = x.lock().unwrap();
        let x2 = x.lock().unwrap();
    }
}

이 예제는 영원히 끝나지 않습니다. 하지만 예제를 RwLock을 사용하는 방법으로 변경하면, 프로그램이 정상적으로 끝나는 것을 확인할 수 있습니다:

use std::sync::{Arc, RwLock};

fn main() {
    let x = Arc::new(RwLock::new(0));

    {
        let x1 = x.read().unwrap();
        let x2 = x.read().unwrap();
    }
}