동시성 ⑨ thread·Send/Sync·async — fearless concurrency

Rust 학습 로드맵의 ⑨ 동시성 단계입니다. 앞 글: ⑧ 스마트 포인터

Rust의 슬로건이 “fearless concurrency”입니다. ②의 소유권 시스템이 데이터 레이스를 컴파일 타임에 막아 주기 때문입니다 — C++에서 뮤텍스로 조심조심 지키던 걸 컴파일러가 대신 증명합니다.

thread + 채널

use std::thread;

let handle = thread::spawn(|| {        // 새 스레드
    println!("작업 중");
});
handle.join().unwrap();                // 끝날 때까지 대기

스레드 간 통신은 mpsc(multi-producer, single-consumer) 채널로 합니다 — Go의 채널(⑤ Go 동시성)과 같은 발상입니다.

use std::sync::mpsc;
let (tx, rx) = mpsc::channel();
thread::spawn(move || {                // move로 tx의 소유권을 스레드로
    tx.send(42).unwrap();
});
println!("{}", rx.recv().unwrap());    // 42

여기서 move 클로저(⑦)가 필수입니다 — 스레드가 tx를 소유해야 원래 스코프가 끝나도 안전하기 때문입니다. 소유권 규칙이 스레드 안전과 자연스럽게 맞물리는 지점입니다.

Send / Sync — 안전성의 근간

Rust 동시성 안전이 어떻게 컴파일 타임에 보장되는지의 핵심입니다. 두 마커 트레이트가 타입에 자동으로 붙습니다.

• Send — 이 타입을 다른 스레드로 이동해도 안전한가.
• Sync — 이 타입을 여러 스레드가 참조로 공유해도 안전한가(&T가 Send인가).

// Arc<Mutex<T>> — 스레드 간 공유+가변의 정석
use std::sync::{Arc, Mutex};
let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let c = Arc::clone(&counter);
thread::spawn(move || {
    *c.lock().unwrap() += 1;           // 락을 잡아야만 내부 접근
});

⑧의 Rc가 스레드 안전이 아니어서(Send가 아님) 컴파일 에러가 나고, 스레드 간에는 Arc를 쓴다고 했던 게 이 트레이트 때문입니다. 컴파일러가 “이 타입은 Send가 아니라 스레드로 못 보낸다”고 미리 거절하므로, 데이터 레이스가 애초에 컴파일되지 않습니다.

async / await — tokio 생태계

async/await는 스레드보다 가벼운 비동기 동시성입니다(수만 개의 동시 작업). Book에서도 동기 동시성(Ch.16) 다음의 별도 챕터(Ch.17)이니, 동기 동시성을 뗀 뒤에 봅니다.

async fn fetch(url: &str) -> Result<String, Error> { ... }

#[tokio::main]
async fn main() {
    let body = fetch("https://example.com").await;   // .await로 완료 대기
}

Rust의 async는 런타임이 언어에 내장돼 있지 않아 tokio(사실상 표준 async 런타임)를 붙여 씁니다. 웹 서버·네트워크 서비스는 거의 tokio 위에서 돕니다. 다만 async는 소유권·수명이 더 까다로워지니, 처음엔 동기 스레드로 감을 잡고 필요할 때 들어가세요.

C++ 전환으로 정리

C++	Rust	핵심 차이
std::thread	thread::spawn	소유권으로 캡처 안전 강제
공유 변수 + 뮤텍스	mpsc 채널 / Arc<Mutex<T>>	통신 선호 + 락을 타입으로 강제
(규율로 지키는 스레드 안전)	Send / Sync	컴파일 타임 마커로 보장
std::async / 코루틴	async/await + tokio	런타임은 crate로 선택
ThreadSanitizer (런타임)	컴파일 타임 거절	데이터 레이스가 안 컴파일됨

자주 막히는 지점

• move 누락 — 스레드 클로저가 바깥 값을 캡처하면 수명 문제로 컴파일 에러. thread::spawn(move || ...)로 소유권을 넘기세요.
• Rc를 스레드에 — Rc는 Send가 아니라 컴파일 에러. 스레드 간 공유는 Arc, 공유+가변은 Arc<Mutex<T>>.
• Mutex 언락을 잊음 — Rust의 Mutex는 락 가드가 스코프를 벗어나면 자동 언락(RAII)이라 C++처럼 언락을 빼먹을 일은 없지만, 가드를 오래 들고 있으면 다른 스레드가 굶습니다.
• 처음부터 async — 개념 부담이 큽니다. 동기 스레드로 먼저.

통과 기준

• 스레드를 띄우고 mpsc 채널 또는 Arc<Mutex<T>>로 안전하게 데이터를 주고받을 수 있다.
• Send/Sync가 무엇을 보장하는지, 왜 Rc 대신 Arc를 쓰는지 설명할 수 있다.
• 데이터 레이스가 왜 컴파일 타임에 막히는지 소유권으로 설명할 수 있다.

다음은 ⑩ 도구 — cargo·crates·모듈로, Rust를 배우는 학습 줄기의 마지막입니다.

Reference

• The Rust Book Ch.16 — 동시성의 정본.
• The Rust Book Ch.17 — Async/await
• tokio 튜토리얼 — async 런타임의 사실상 표준.