JAVA | 뮤텍스(Mutex) vs 세마포어(Semaphore)

🔍 뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)의 차이점

뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore) 는 멀티스레드 환경에서 동기화(Synchronization)를 위해 사용되는 기법입니다.
둘 다 공유 자원(Shared Resource)에 대한 접근을 제어하지만, 개념과 동작 방식에 차이가 있습니다.

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✅ 1. 뮤텍스(Mutex)란?

📌 개념

• Mutual Exclusion(상호 배제)의 약자로, 하나의 스레드만 공유 자원에 접근 가능하도록 제한하는 방식.
• 🔒 하나의 뮤텍스는 한 번에 하나의 스레드만 소유 가능 (Lock 기반).
• 🔓 락을 획득한 스레드만 공유 자원을 사용할 수 있으며, 사용이 끝나면 락을 해제해야 함.

📝 Java에서 뮤텍스 예제 (ReentrantLock)

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MutexExample {
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            lock.lock(); // 🔒 락 획득
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is accessing the resource.");
                Thread.sleep(1000); // 공유 자원 사용
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock(); // 🔓 락 해제
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 

📌 실행 결과 (하나의 스레드만 실행됨)

Thread-0 is accessing the resource.
(1초 후)
Thread-1 is accessing the resource.

✔ 하나의 스레드만 락을 획득하여 공유 자원을 사용 가능
✔ 다른 스레드는 락이 해제될 때까지 기다려야 함

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✅ 2. 세마포어(Semaphore)란?

📌 개념

• 여러 개의 스레드가 동시에 공유 자원에 접근할 수 있도록 제한하는 방식.
• 🟢 제한된 개수(N) 만큼의 스레드만 공유 자원에 접근 가능 (Permit 기반).
• 🚦 뮤텍스는 단일 접근(1개의 스레드)만 허용하지만, 세마포어는 여러 개(N개의 스레드)를 허용할 수 있음.

📝 Java에서 세마포어 예제

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(2); // 최대 2개의 스레드 허용

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            try {
                semaphore.acquire(); // 🟢 접근 허용 (permit 획득)
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is accessing the resource.");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                semaphore.release(); // 🔴 사용 후 permit 반환
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);
        Thread t3 = new Thread(task);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

 

📌 실행 결과 (최대 2개 스레드 동시 실행)

Thread-0 is accessing the resource.
Thread-1 is accessing the resource.
(2초 후)
Thread-2 is accessing the resource.

✔ 최대 2개의 스레드가 동시에 공유 자원을 사용 가능
✔ 세 번째 스레드는 두 개의 스레드가 끝날 때까지 대기함

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✅ 3. 뮤텍스(Mutex) vs 세마포어(Semaphore) 차이점 정리

구분	뮤텍스(Mutex)	세마포어(Semaphore)
주요 개념	한 번에 하나의 스레드만 자원 접근 가능	N개의 스레드가 동시에 접근 가능
사용 목적	단일 접근(Exclusive Lock)	제한된 동시 접근(Control Multiple Access)
구현 방식	lock() / unlock()	acquire() / release()
Permit 개수	항상 1 (Binary)	N 개의 permit을 설정 가능
예제 클래스	ReentrantLock, synchronized	Semaphore
사용 사례	한 번에 하나의 프로세스만 자원 접근 필요할 때 (예: 파일 쓰기)	제한된 개수의 스레드가 동시에 접근해야 할 때 (예: 데이터베이스 연결 풀)

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✅ 4. 뮤텍스와 세마포어의 활용 사례

사용 사례	뮤텍스(Mutex)	세마포어(Semaphore)
은행 계좌 동시 접근 방지	✔	❌
파일 시스템 동시 접근 제어	✔	❌
데이터베이스 연결 풀 (DB Connection Pool)	❌	✔
멀티스레드 다운로드 속도 제한	❌	✔
리소스 사용 개수 제한 (예: 프린터 2대)	❌	✔

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🎯 정리

구분	뮤텍스(Mutex)	세마포어(Semaphore)
정의	한 번에 하나의 스레드만 자원 접근 가능	여러 개의 스레드가 동시에 접근 가능
특징	락(Lock) 기반	Permit 기반
제한 개수	1개 (단일 락)	N개 (멀티 락)
주요 메서드	lock(), unlock()	acquire(), release()
사용 예제	ReentrantLock, synchronized	Semaphore
대표적인 사용처	단일 접근 제한 (파일 쓰기)	동시 접근 개수 제한 (DB Connection Pool)

 

📌 결론:

• 뮤텍스(Mutex) → 하나의 스레드만 공유 자원을 사용 가능 (배타적 락) 🔒
• 세마포어(Semaphore) → 여러 개의 스레드가 동시에 접근 가능 (N개 제한) 🚦
• 뮤텍스는 단일 락, 세마포어는 제한된 동시 실행을 관리하는 도구! 🚀