C#의 다중 스레딩: 이점, 기본 사항 및 모범 사례

멀티스레드 프로그래밍이란

멀티스레딩은 소프트웨어 엔지니어링의 기본 개념입니다. C#에서 다중 스레드 프로그래밍은 .NET Framework로 작업하는 소프트웨어 개발자에게 필수적입니다. 개발자는 복잡하고 반응이 빠른 애플리케이션을 효율적으로 만들 수 있도록 C#의 멀티스레딩을 널리 사용합니다 .

이 블로그에서는 C# 다중 스레딩에 대한 개요를 제공하는 동시에 프로그래머가 스레드를 쉽게 만들고 관리하는 방법도 살펴봅니다. 또한 다중 스레딩 사용의 이점과 C#에서 사용할 수 있는 다양한 스레딩 모델을 포함합니다.

다중 스레드 프로그래밍의 이점 및 이점

멀티스레딩을 동시에 실행하면 애플리케이션의 효율성이 향상됩니다. C# 스레드 의 가장 일반적인 이점은 다음과 같습니다.

• 향상된 애플리케이션 성능: 멀티스레딩 덕분에 동일한 공간에서 실행되는 여러 작업으로 애플리케이션이 더 빠르게 실행됩니다.전체적으로 실행 시간을 줄이고 여러 작업에 양보합니다.
• 처리량 증가: C#의 멀티태스킹은 애플리케이션의 처리량을 향상시킵니다.서로 다른 두 스레드가 동시에 실행되면 시간과 리소스를 절약할 수 있습니다.
• 응답성 향상: 멀티스레딩 덕분에 사용자는 프로그램이 백그라운드에서 실행되는 동안 애플리케이션의 프런트 엔드에 액세스할 수 있습니다.
• 리소스 활용도 향상: 멀티스레딩을 통해 사용자는 시스템 리소스에 보다 효율적으로 액세스할 수 있습니다.예를 들어 스레드는 파일, 메모리 및 I/O 장치와 같은 리소스를 공유하여 효율성을 높일 수 있습니다.
• 접근성이 높은 프로그래밍: 멀티스레딩을 사용하면 사용자가 스레드를 독립적으로 작성할 수 있으므로 더 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.또한 사용자가 애플리케이션을 분리하여 디버그하고 테스트할 수 있습니다.
• 최적화된 통신: 스레드 동기화를 통해 더 나은 프로세스 간 통신이 가능합니다.스레드 간에 더 쉽게 액세스할 수 있는 통신에 사용할 수 있습니다.

첫째, 동기화할 수 있는 단일 개체에 영향을 미칩니다. 둘째, System.Threading 및 Interlocked 클래스와 함께 사용할 수 있습니다.

C#의 멀티스레딩 기본 개념

멀티스레딩을 통해 사용자는 여러 프로세서 코어의 도움으로 여러 작업을 동시에 수행할 수 있습니다. 멀티스레딩에서 사용되는 기본 개념은 다음과 같습니다.

• 스레드: 스레드는 프로세스 실행을 돕는 멀티스레딩의 기본 단위입니다.이들은 다른 스레드와 함께 동시에 실행될 수 있는 지정된 프로그램 내의 실행 경로입니다.

C#에서는 포그라운드 스레드와 백그라운드 스레드라는 두 가지 유형의 스레드를 찾을 수 있습니다. 평균 스레드 클래스에는 이름, 우선 순위, isAlive, ThreadState, Start(), Suspend(), Resume() 및 Join()이 포함됩니다.

• 스레드 풀: 스레드 풀은 작업 실행을 돕는 스레드입니다.이를 통해 운영 체제는 기존 스레드를 재사용하고 가능한 오버헤드의 위험을 최소화할 수 있습니다.
• 동기화: 동기화는 여러 작업을 위해 다른 스레드에 대한 액세스를 간과합니다.데이터 무결성을 유지하고 오버헤드를 방지하는 데 필수적인 프로세스입니다.
• 교착 상태: 교착 상태는 두 스레드가 자원을 공유하고 성공하지 못한 채 계속 진행하려고 할 때 발생하는 오류입니다.시스템이 정지되거나 대기 시간이 발생할 수도 있습니다.
• 비동기 프로그래밍: 비동기 프로그래밍을 사용하면 메인 스레드가 중단 없이 실행되는 동안 백그라운드에서 여러 작업을 실행할 수 있습니다.응답성이 뛰어난 여러 사용자 인터페이스를 위한 길을 열어 애플리케이션 성능을 향상시킵니다.

스레드 생성 및 실행

이러한 예제를 사용하면 생성 및 실행이 더 쉬워질 수 있습니다. C # 멀티스레딩 예제는 다음과 같습니다.

시스템 사용;

System.Threading 사용;

클래스 프로그램 {

정적 무효 메인() {

int 작업자 인덱스 = 0;

Thread workerThread = new Thread(new ThreadStart(Worker));

workerThread.Start();

for (int mainIndex = 1; mainIndex <= 10; mainIndex++) {

Console.WriteLine("메인 스레드: {0}", mainIndex);

Thread.Sleep(200);

}

workerThread.Join();

}

정적 무효 작업자() {

for (int workerIndex = 1; workerIndex <= 10; workerIndex++) {

Console.WriteLine(“작업자 스레드: {0}”, workerIndex * 2);

Thread.Sleep(200);

}

}

}

산출:

메인 스레드: 1

작업자 스레드: 2

메인 스레드: 2

작업자 스레드: 4

메인 스레드: 3

작업자 스레드: 6

메인 스레드: 4

작업자 스레드: 8

메인 스레드: 5

작업자 스레드: 10

메인 스레드: 6

작업자 스레드: 12

메인 스레드: 7

작업자 스레드: 14

메인 스레드: 8

작업자 스레드: 16

메인 스레드: 9

작업자 스레드: 18

메인 스레드: 10

작업자 스레드: 20

설명: 이 출력에서 ​​두 스레드는 동시에 작동하여 숫자 1에서 10까지 및 2에서 20까지 인쇄하며 후자는 루프 인덱스에서 두 배가 됩니다.이 예제에서는 C# 스레드 절전 (Thread.Sleep) 메서드를 사용했습니다.

같은 방식으로 포그라운드 스레드를 사용하는 다른 C# 스레드 예제를 살펴보겠습니다 .

시스템 사용;

System.Threading 사용;

클래스 프로그램 {

정적 무효 메인() {

스레드 myThread = new Thread(작업자);

myThread.Start();

Console.WriteLine("메인 스레드: 시작됨");

for (int i = 1; i <= 5; i++) {

Console.WriteLine("메인 스레드: 카운트 {0}", i);

스레드.슬립(500);

}

Console.WriteLine("메인 스레드: 종료됨");

}

정적 무효 작업자() {

for (in j = 1; j <= 5; j++) {

Console.WriteLine("작업자 스레드: 카운트 {0}", j * 3);

Thread.Sleep(750);

}

Console.WriteLine("작업자 스레드: 종료됨");

}

}

산출:

기본 스레드: 시작됨

작업자 스레드: 카운트 3

기본 스레드: 카운트 1

작업자 스레드: 카운트 6

기본 스레드: 카운트 2

작업자 스레드: 카운트 9

메인 스레드: 카운트 3

작업자 스레드: 카운트 12

메인 스레드: 카운트 4

작업자 스레드: 카운트 15

메인 스레드: 카운트 5

작업자 스레드: 종료됨

메인 스레드: 종료됨

설명: 이 출력은 두 스레드가 동시에 작동하는 방식을 보여줍니다.기본 스레드와 백그라운드 스레드가 병렬로 작동하므로 기본 스레드는 1에서 5까지의 숫자를 인쇄합니다. 작업자 스레드는 3에서 15의 ​​배수를 인쇄합니다.

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스레드 동기화

스레드 동기화에는 프로그램에서 여러 스레드의 집합적 조정이 포함됩니다. 공유 리소스에 대한 액세스를 제공하는 특정 순서로 프로그램이 실행되도록 합니다.

C#에서는 잠금 키워드, 동기화 개체 및 Interlocked 클래스와 같은 동기화 프리미티브를 사용하여 수행됩니다.

C # 스레드 동기화 예제는 다음과 같습니다.

시스템 사용;

System.Threading 사용;

클래스 테이블프린터

{

공공 무효 PrintTable()

{

자물쇠 (이것)

{

for (int i = 3; i <= 8; i++)

{

Thread.Sleep(200);

Console.WriteLine(i*5);

}

}

}

}

수업 프로그램

{

공개 정적 무효 Main(문자열[] 인수)

{

TablePrinter tp = new TablePrinter();

쓰레드 t1 = new Thread(new ThreadStart(tp.PrintTable));

쓰레드 t2 = new Thread(new ThreadStart(tp.PrintTable));

t1.시작();

t2.시작();

}

}

산출:

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

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교착 상태

다중 스레딩의 교착 상태는 둘 이상의 스레드가 리소스 세트에 의존할 때 발생합니다. 하나의 스레드가 도움말 경로를 겹치는 동안 다른 스레드가 동일한 작업을 시도하면 교착 상태가 됩니다.

예를 들어 스레드 A가 리소스 1에 잠금을 설정하고 스레드 B가 리소스 1을 기다리는 동안 리소스 2에 액세스하려고 대기하는 경우 교착 상태가 발생할 수 있습니다.

예를 들면 다음과 같습니다.

시스템 사용;

System.Threading 사용;

네임스페이스 deadlockincsharp

{

공개 클래스 예

{

정적 읽기 전용 객체 firstLock = new object();

정적 읽기 전용 객체 secondLock = new object();

정적 무효 ThreadJob()

{

Console.WriteLine("\t\t\t\t잠금 firstLock");

잠금(firstLock)

{

Console.WriteLine("\t\t\t\t잠긴 firstLock");

Thread.Sleep(1500);

Console.WriteLine("\t\t\t\tsecondLock 잠그기");

잠금(secondLock)

{

Console.WriteLine("\t\t\t\t잠긴 secondLock");

}

Console.WriteLine("\t\t\t\t두 번째 잠금 해제됨");

}

Console.WriteLine("\t\t\t\t처음 잠금 해제됨");

}

정적 무효 메인()

{

new Thread(new ThreadStart(ThreadJob)).Start();

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("secondLock 잠그기");

잠금(secondLock)

{

Console.WriteLine("잠긴 secondLock");

Console.WriteLine("firstLock 잠금");

잠금(firstLock)

{

Console.WriteLine("잠긴 firstLock");

}

Console.WriteLine("firstLock 해제됨");

}

Console.WriteLine("secondLock 해제됨");

콘솔.읽기();

}

}

}

산출:

secondLock 잠금

잠긴 secondLock

firstLock 잠금

잠긴 firstLock

출시된 firstLock

출시된 secondLock

주문형 소프트웨어 개발 기술

스레드 풀

스레드 풀은 C#의 다중 스레드 환경에서 실행의 여러 스레드를 관리하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 교착 상태를 일으키지 않고 모든 스레드가 제어된 리소스에 액세스할 수 있습니다.

스레드 풀 관리자는 스레드 풀을 관리하며 스레드 생성, 삭제 및 스케줄링을 담당합니다.

다음은 TPL(작업 병렬 라이브러리)을 사용하는 스레드 풀의 예입니다.

시스템 사용;

System.Threading.Tasks 사용;

수업 프로그램

{

정적 무효 메인()

{

작업<문자열> 작업 = Task.Factory.StartNew<문자열>

(() => DownloadString("http://www.example.com/"));

문자열 결과 = task.Result;

Console.WriteLine(결과);

콘솔.읽기();

}

정적 문자열 DownloadString(문자열 URI)

{

(var wc = new System.Net.WebClient()) 사용

return wc.DownloadString(uri);

}

산출:

출력은 웹 페이지에서 사용할 수 있는 콘텐츠에 따라 다릅니다. 이 프로그램은 지정된 URL에서 웹 페이지의 콘텐츠 다운로드를 보장합니다. 그런 다음 인쇄합니다.

작업 병렬 라이브러리(TPL)를 사용한 비동기 프로그래밍

TPL(Task Parallel Library)은 APIS 및 공용 유형을 처리하기 위한 강력한 도구입니다. System.Threading 및 System.Threading.Tasks 를 처리합니다 .

.NET Framework 4는 병렬 코드 작성을 목표로 하는 개발자를 위한 언어 및 프레임워크 수준 API를 제공합니다. TPL의 도움으로 비동기 프로그래밍을 통해 메인 스레드를 차단하지 않고 프로그램을 실행할 수 있습니다.

다음은 TPL을 사용한 비동기 프로그래밍의 예입니다.

작업<string> 작업 = Task.Factory.StartNew<string>(() => {

"결과" 반환;

});

문자열 결과 = task.Result;

비동기 태스크 MyMethod() {

문자열 결과 = 작업 대기;

}

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C#의 멀티스레딩 모범 사례

멀티스레딩은 성능 및 멀티태스킹 측면에서 시간을 절약할 수 있습니다. 멀티스레딩 작동 방식에 대해 자세히 알아보려면 LJMU에서 컴퓨터 과학 석사 과정을 선택할 수 있습니다 .

다음은 사용자가 시간을 절약하고 최고의 효율성을 기록하는 데 도움이 되는 몇 가지 모범 사례입니다.

• 스레드로부터 안전한 컬렉션 활용: .NET Framework의 동시 컬렉션은 모든 컬렉션의 스레드로부터 안전한 버전을 제공하므로 멀티스레딩이 효율적으로 작동하기가 더 쉬워집니다.이러한 컬렉션에는 목록, 쿼리 및 사전이 포함됩니다.
• 스레드 동기화 구현: 사용자는 스레드 도구의 특성으로 인해 잠금, 모니터 및 세마포어를 신속하게 구현할 수 있습니다.
• 스레드 풀링 사용: 사용자가 수행하는 대부분의 스레드 풀링 덕분에 시스템에서 멀티스레딩이 더 쉽고 효율적일 수 있습니다.동시에 사용자는 이를 사용하여 스레드를 자동으로 생성할 수 있습니다.
• 스레드 로컬 저장소 사용: 멀티스레딩을 연습하는 동안 스레드 로컬 저장소를 최적화하고 여러 스레드에 대한 액세스를 제공하여 특정 리소스에 대한 액세스를 보장합니다.
• 가변 상태 공유 방지: 공유 가변 상태는 까다로울 수 있는 버그 및 경합 조건으로 이어질 뿐입니다.어떤 대가를 치르더라도 변경 가능한 상태를 피하십시오.
• 비동기식 모델 사용: 비동기식 방법은 여러 작업을 새로 시작하거나 대기열에 남겨두지 않고 병렬로 구현하는 데 도움이 됩니다.
• 교착 상태 방지: 멀티스레딩을 사용하여 프로그램을 실행할 때 교착 상태가 발생할 수 있습니다.프로그램을 작성할 때 교착 상태를 피하면서 스레드를 차례로 실행하십시오.
• 취소 토큰 사용: 취소 토큰을 사용하면 문제 없이 스레드를 종료하고 교착 상태를 피할 수 있습니다.

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결론

C#의 멀티스레딩은 고효율 모델이 작동하는 필수 개념으로 남아 있습니다. 프로그래머가 프로그램의 작업 부하를 동시에 독립적으로 실행되는 여러 작업으로 나눌 수 있는 유연한 방법을 제공합니다.

다중 스레딩은 매우 유용할 수 있지만 신중하게 구현하지 않으면 잠재적인 장애물이 될 수 있습니다.

2009-2023년 사이에 기업용 소프트웨어에 대한 전 세계 예산이 8,560억 달러를 초과하는 상황에서 소프트웨어 개발은 ​​개발자에게 밝은 경력을 약속합니다.

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