Tutorial 5. Synchronising handlers in multithreaded programs

다음 내용에 기반함 

http://www.boost.org/doc/libs/1_57_0/doc/html/boost_asio/tutorial/tuttimer5.html

이번 튜토리얼 에서는 boost::asio::strand 클래스를 사용하여 멀티스레드 프로그램에서 콜백 핸들러를 동기화하는 방법을 알아보자.

이전 4개의 튜토리얼에서는 io_service::run() 함수를 오로지 하나의 스레드에서만 호출하였기 때문에 핸들러 동기화 이슈를 피할수 있었다. ( asio 라이브러리는 콜백 핸들러들이 io_service::run() 을 호출한 스레드에서만 실행될 수 있도록 보장해준다. 거기에, io_service::run() 을 하나의 스레드에서만 부름으로써, 동시에 실행되지 않는 것을 보장받은 것이다.) 

스레드를 하나만 이용하여 접근하는 것은 asio 를 이용한 어플리케이션을 시작하기에 좋았지만, 서버와 같은 프로그램에서 다음과 같은 제한이 존재한다는 것이다. 

* 핸들러가 많은 시간을 소요할 경우 응답성이 떨어진다.

* 멀티 프로세서 시스템에서 확장성이 없다.

이 문제를 해결하기 위해, io_service::run() 을 스레드 풀에서 호출하는 것으로 차선책을 찾아볼 수 있다.

그러나, 이렇게 되어 핸들러가 동시에 실행되는 것이 가능하게 되어, 스레드 safe 하지 않은 공용되는 데이터에 접근하는 핸들러들을 동기화하는 방법이 필요하게 된다.

이전 튜토리얼과 마찬가지로 Printer 를 정의하는 것에서부터 시작해보자. 타이머를 동시에 두개 돌리는 것으로 확장해볼 것이다.

class printer
{
public:

여기에 boost::asio::deadline_timer 멤버 쌍을 초기화 하는 코드와 boost::asio::strand 타입인 stand_ 멤버를 초기화하는 코드를 추가한다. strand 를 통해 디스패치 되는 핸들러들이 다음에 호출 되는 핸들러가 시작되기 전에 끝나는 것을 보장한다. 

이건 몇개의 스레드가 io_service::run() 을 호출 했냐와는 관계가 없다. 물론, 핸들러들은 동시 다발적으로 다른 핸들러들에서 실행 되어 boost::asio::strand 로 인해 디스패치 되지 않을 것이며, 다른 boost::asio::strand 객체를 통해 디스패치 되지 않을 것이다. 

  printer(boost::asio::io_service& io)
    : strand_(io),
      timer1_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      timer2_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
      count_(0)
  {

비동기 동작들을 초기화 할때, 각각의 콜백들은 boost::asio::strand 객체를 통해 "wrapped" 된다. strand::wrap() 함수는 핸들러를 포함한 객체를 boost::asio::strand 객체를 통해 새롭게 반환한다. 핸들러를 동일한 boost::asio::strand 를 통해 'wrapping' 함으로써, 동시에 실행되지 않음을 보장할 수 있다.

    timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
  }

  ~printer()
  {
    std::cout << "Final count is " << count_ << "\n";
  }

멀티스레드 프로그램에서, 비동기 동작들은 공유 리소스에 접근할때는 동기화가 이루어 져야한다. 이 튜토리얼에서는, 핸들러 (print1 과 print2 ) 에서 공유되는 리소스가 std::cout 과 count_ 라고 하자.

  void print1()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 1: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer1_.expires_at(timer1_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer1_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print1, this)));
    }
  }

  void print2()
  {
    if (count_ < 10)
    {
      std::cout << "Timer 2: " << count_ << "\n";
      ++count_;

      timer2_.expires_at(timer2_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
      timer2_.async_wait(strand_.wrap(boost::bind(&printer::print2, this)));
    }
  }

private:
  boost::asio::io_service::strand strand_;
  boost::asio::deadline_timer timer1_;
  boost::asio::deadline_timer timer2_;
  int count_;
};

메인 함수에서는 이제 io_service::run() 이 두개의 스레드에서 호출되게 된다 : 하나는 메인스레드, 하나는 추가된 스레드에서 - 이것은 boost::thread 객체를 통해 이루어진다. 

싱글스레드에서 그랬던 것처럼 io_service::run() 에 대한 동시적 호출은 work 가 가 남아 있는 동안 실행되게 된다. 백그라운드의 스레드는 비동기 작업이 완료되기 전까지 완료되지 않는다.

int main()
{
  boost::asio::io_service io;
  printer p(io);
  boost::thread t(boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &io));
  io.run();
  t.join();

  return 0;
}

full-source code

#include <iostream> #include "boost/asio/io_service.hpp" #include "boost/asio/strand.hpp" #include "boost/asio/deadline_timer.hpp" namespace nolleh { namespace tutorial { class Printer { public: Printer(boost::asio::io_service& io) : strand_(io), timer1_(io, boost::posix_time::seconds(1)), timer2_(io, boost::posix_time::seconds(1)), count_(0) { timer1_.async_wait(strand_.wrap(std::bind(&Printer::print1, this))); timer2_.async_wait(strand_.wrap(std::bind(&Printer::print2, this))); } ~Printer() { std::cout << "Final count is " << count_ << std::endl; } private: void print1() { if (count_ < 10) { std::cout << "Timer 1:" << count_ << std::endl; ++count_; timer1_.expires_at(timer1_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1)); timer1_.async_wait(strand_.wrap(std::bind(&Printer::print1, this))); } } void print2() { if (count_ < 10) { std::cout << "Timer 2:" << count_ << std::endl; ++count_; timer2_.expires_at(timer2_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1)); timer2_.async_wait(strand_.wrap(std::bind(&Printer::print2, this))); } } boost::asio::io_service::strand strand_; boost::asio::deadline_timer timer1_; boost::asio::deadline_timer timer2_; int count_; }; } }

사용 코드 - main

#include "boost/asio/io_service.hpp" #include "boost/bind.hpp" int main() { boost::asio::io_service io_service; nolleh::tutorial::Printer printer(io_service); // 백그라운드 스레드 t 와 메인스레드에서 run 을 호출했다. std::thread t(std::bind( /* io_service::run() 오버로딩 함수를 deduce 하기 위해 시그니쳐 명시 */ // http://stackoverflow.com/questions/9048119/why-cant-stdbind-and-boostbind-be-used-interchangeably-in-this-boost-asio-t static_cast<size_t (boost::asio::io_service::* )()>( &boost::asio::io_service::run), &io_service)); io_service.run(); t.join(); return 0; }

실행 결과