파이썬 스레딩 데드락 4조건과 회피 방법 완벽 정리

🧵 파이썬 스레딩 프로그래밍 기본 이해

파이썬에서 멀티스레딩을 다룰 때 가장 먼저 접하는 모듈은 threading입니다.
이 모듈을 통해 여러 개의 스레드를 동시에 실행시켜 병렬적으로 작업을 처리할 수 있습니다.
예를 들어, 네트워크 요청을 동시에 처리하거나 대용량 데이터를 분할하여 연산할 때 유용하게 활용됩니다.
CPU 연산 집약적인 작업에서는 파이썬의 GIL(Global Interpreter Lock) 특성 때문에 성능 향상이 제한될 수 있지만, I/O 바운드 작업에서는 큰 장점을 얻을 수 있습니다.

스레드는 운영체제에서 관리되는 실행 단위이며, 파이썬에서는 하나의 프로세스 안에서 여러 스레드가 메모리를 공유하면서 실행됩니다.
즉, 변수를 공유할 수 있고 동시에 같은 데이터에 접근할 수 있다는 뜻인데, 이로 인해 동기화 문제가 발생할 여지가 있습니다.
이러한 상황을 제어하기 위해 Lock, RLock, Semaphore 같은 동기화 객체가 제공됩니다.
하지만 이를 잘못 사용하면 프로그램이 예상치 못하게 멈추는 문제가 생길 수 있는데, 그 대표적인 현상이 바로 데드락입니다.

📌 스레드와 프로세스의 차이

스레드는 프로세스보다 가볍고 빠른 실행 단위입니다.
프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지지만, 스레드는 같은 프로세스 내에서 자원을 공유하기 때문에 문맥 전환 비용이 적고 효율적입니다.
그러나 자원 공유라는 특성 때문에, 한 스레드가 데이터를 쓰고 다른 스레드가 동시에 읽는다면 예측할 수 없는 결과가 발생할 수 있습니다.
따라서 반드시 올바른 동기화 기법을 사용해야만 안전한 멀티스레드 환경을 만들 수 있습니다.

• 🧩threading.Thread 클래스로 손쉽게 스레드 생성 가능
• ⚡I/O 바운드 작업에서 멀티스레드의 성능 효과가 가장 크다
• 🔒Lock 과 같은 동기화 도구는 필수적이나 남용 시 문제 발생

이처럼 파이썬 스레딩은 매우 강력한 도구이지만, 언제나 안전성을 고려해야 합니다.
특히 다중 스레드가 동시에 동일한 자원에 접근할 때 문제가 발생할 수 있으며, 그중 대표적인 사례가 바로 데드락입니다.
이제부터는 데드락이 무엇인지, 왜 발생하는지를 본격적으로 살펴보겠습니다.

⚠️ 데드락의 개념과 위험성

데드락(Deadlock)은 두 개 이상의 스레드가 서로가 가진 자원을 기다리며 영원히 대기 상태에 빠지는 현상을 말합니다.
즉, A 스레드는 자원 1을 가지고 자원 2를 기다리고, B 스레드는 자원 2를 가지고 자원 1을 기다리는 상황이 발생하면 두 스레드는 끝없이 멈춰버리게 됩니다.
이 경우 외부에서 강제로 프로세스를 종료하지 않는 한 정상적인 진행이 불가능해집니다.

데드락은 단순한 성능 저하 문제가 아니라, 시스템 전체를 정지 상태로 만들어버리기 때문에 특히 치명적입니다.
멀티스레드를 사용하는 서버 애플리케이션이나 금융 거래 시스템, 데이터 처리 파이프라인에서 발생한다면 서비스 전체가 중단될 수 있습니다.
따라서 개발자는 반드시 이 현상을 이해하고 코드 작성 단계에서부터 예방해야 합니다.

📌 데드락의 대표적인 사례

실제 코드에서 자주 볼 수 있는 예시는 다음과 같습니다.
두 개의 스레드가 서로 다른 Lock 을 획득한 뒤, 상대방이 가진 Lock을 기다리는 경우입니다.
아래는 간단한 구조를 보여주는 예시 코드입니다.

import threading

lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()

def thread1():
    with lock1:
        print("스레드1: lock1 확보")
        with lock2:  # lock2를 기다리며 교착 상태 가능
            print("스레드1: lock2 확보")

def thread2():
    with lock2:
        print("스레드2: lock2 확보")
        with lock1:  # lock1을 기다리며 교착 상태 가능
            print("스레드2: lock1 확보")

t1 = threading.Thread(target=thread1)
t2 = threading.Thread(target=thread2)
t1.start()
t2.start()

위 코드에서는 스레드1이 lock1 을 먼저 잡고, 스레드2가 lock2 를 먼저 잡는 경우 서로 상대방의 락을 기다리며 교착 상태에 빠질 수 있습니다.
이런 상황이 반복되면 결국 프로그램이 더 이상 응답하지 않는 문제가 발생합니다.

따라서 데드락은 단순히 우연히 발생하는 버그가 아니라, 구조적인 문제에서 비롯된다는 점을 이해해야 합니다.
이를 명확히 이해하기 위해서는 데드락이 발생할 수 있는 4가지 조건을 알아둘 필요가 있습니다.

📌 데드락 발생의 4가지 조건

데드락은 아무 때나 무작위로 일어나는 것이 아니라, 특정한 조건이 모두 충족될 때만 발생합니다.
운영체제 이론과 실무 모두에서 잘 알려진 이 네 가지 조건을 이해하면, 코드 설계 단계에서 미리 차단할 수 있습니다.

🔒 상호 배제 (Mutual Exclusion)

하나의 자원은 동시에 여러 스레드가 사용할 수 없다는 조건입니다.
예를 들어, 한 스레드가 파일을 열어 쓰기 작업을 하는 동안 다른 스레드는 접근할 수 없습니다.
이는 안전성을 보장하지만 동시에 교착 상태를 유발할 수 있는 기반이 됩니다.

⏳ 점유와 대기 (Hold and Wait)

스레드가 하나의 자원을 점유한 상태에서 다른 자원을 추가로 요청하며 기다리는 상황을 말합니다.
즉, 자원1을 이미 확보한 상태에서 자원2를 기다린다면 교착 상태로 이어질 가능성이 생깁니다.

🚫 비선점 (No Preemption)

한 번 확보한 자원을 운영체제가 강제로 빼앗을 수 없는 경우를 말합니다.
예를 들어, 스레드가 Lock 을 잡고 있다면 다른 스레드가 그것을 빼앗아 쓸 수 없습니다.
이 특성 때문에 교착 상태가 장시간 유지될 수 있습니다.

🔄 순환 대기 (Circular Wait)

여러 스레드가 자원을 순환 구조로 기다리는 상태입니다.
스레드 A가 자원1을 가지고 자원2를 기다리고, 스레드 B는 자원2를 가지고 자원3을 기다리며, 마지막 스레드가 다시 자원1을 기다리는 식의 구조가 만들어지면 데드락이 발생합니다.

즉, 데드락은 위의 네 가지 조건이 동시에 만족될 때 발생합니다.
따라서 실제 프로그래밍에서는 이 조건 중 하나라도 깨뜨리는 방식으로 회피할 수 있습니다.
다음에서는 파이썬 코드로 간단히 재현해 보며, 이후 이를 예방하는 전략을 알아보겠습니다.

💻 파이썬으로 데드락 단순 재현하기

앞서 살펴본 데드락의 개념과 4가지 조건을 실제 코드에서 직접 체험해 보는 것이 이해를 깊게 합니다.
아래 예제는 파이썬의 threading 모듈을 사용하여 아주 단순한 데드락 상황을 재현하는 코드입니다.

import threading
import time

lock_a = threading.Lock()
lock_b = threading.Lock()

def task1():
    with lock_a:
        print("Task1: lock_a 획득")
        time.sleep(1)
        with lock_b:
            print("Task1: lock_b 획득")

def task2():
    with lock_b:
        print("Task2: lock_b 획득")
        time.sleep(1)
        with lock_a:
            print("Task2: lock_a 획득")

t1 = threading.Thread(target=task1)
t2 = threading.Thread(target=task2)

t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

위 코드에서는 task1 은 lock_a 를 먼저 획득한 뒤 lock_b 를 기다립니다.
반대로 task2 는 lock_b 를 먼저 확보한 뒤 lock_a 를 기다립니다.
이 과정에서 두 스레드는 서로 상대방이 가진 자원을 무한히 기다리며 데드락 상태에 빠집니다.

데드락은 실제 프로그램에서는 더 복잡한 상황에서 발생할 수 있습니다.
파일 입출력, 데이터베이스 트랜잭션, 네트워크 소켓 통신에서도 동일한 구조가 나타나며, 이로 인해 서비스가 정지되는 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.
따라서 단순히 “발생하지 않기를 바라는” 접근이 아니라, 사전에 예방하는 코드 작성 방식이 반드시 필요합니다.

🛠️ 데드락 회피와 예방 요령

데드락은 무조건 피할 수 없는 문제가 아닙니다.
앞서 살펴본 4가지 조건 중 하나라도 깨뜨리면 교착 상태는 더 이상 발생하지 않습니다.
즉, 설계 단계에서부터 의도적으로 회피 전략을 적용하면 안정적인 멀티스레드 프로그램을 만들 수 있습니다.

🔑 자원 획득 순서 강제

여러 개의 락을 사용할 때는 항상 고정된 순서로 획득하도록 규칙을 정하는 것이 좋습니다.
예를 들어, lock_a → lock_b 순서로만 접근하도록 모든 스레드가 동일하게 작성되면 순환 대기 조건이 사라지면서 데드락 가능성이 줄어듭니다.

⏱️ 타임아웃 사용

파이썬의 Lock 객체는 acquire(timeout=…) 옵션을 제공하여 일정 시간 내에 자원을 확보하지 못하면 자동으로 실패하게 만들 수 있습니다.
이 방식은 교착 상태가 장시간 지속되는 것을 방지하고, 예외 처리를 통해 다른 경로로 로직을 진행할 수 있도록 해줍니다.

🔄 락 사용 최소화

공유 자원에 대한 락을 꼭 필요한 부분에서만 사용하고, 가능한 한 빠르게 해제하는 것이 좋습니다.
락을 오래 보유할수록 다른 스레드가 기다리는 시간이 길어지고 교착 상태 위험도 커집니다.
불필요한 전역 공유 자원보다는 로컬 변수 활용을 우선하는 것도 좋은 방법입니다.

• 📌항상 동일한 자원 획득 순서를 지킨다
• ⏱️타임아웃을 적극 활용하여 무한 대기 방지
• 🚫락을 꼭 필요한 부분에서만 사용하고 빠르게 해제

💬 데드락 예방은 복잡한 이론보다도, 작은 습관과 설계 원칙에서 시작됩니다.

결국 데드락을 피하는 가장 확실한 방법은 코드 작성 시 항상 “자원 관리 전략”을 염두에 두는 것입니다.
락을 사용할 때마다 “이 자원이 다른 스레드와 충돌하지는 않을까?”를 점검하는 습관이 안정적인 프로그램으로 이어집니다.

❓ 자주 묻는 질문 (FAQ)