왜 이 편이 필요한가

프로그래밍언어론 시험의 병행성·예외 처리 영역은 “세마포어(semaphore) 구현을 코드로 짜라”는 문제가 아니라, “이 설명은 세마포어에 대한 것인가 모니터(monitor)에 대한 것인가”, “이 상황은 예외인가 에러인가”를 정확히 구분하는 개념 문제로 나온다. 그런데 이 구분은 더 기초적인 용어, 즉 프로세스(process)·스레드(thread)·병행성(concurrency)·동기화(synchronization), 그리고 예외(exception)·에러(error)·이벤트(event)·핸들러(handler)·전파(propagation)의 뜻이 정확히 서 있지 않으면 애초에 세워지지 않는다.

이 편은 19편과 20편에서 다룰 언어 설계 이야기(세마포어·모니터·메시지 전달, try-catch-finally 모델)를 미리 하지 않는다. 대신 그 이야기를 들을 때 걸려 넘어지지 않도록, 지금 이 자리에서 용어 하나하나의 정확한 뜻과 서로의 관계만 세워 둔다.

병행성 어휘 지도 — 프로세스에서 동기화까지

네 용어는 “실행 단위가 무엇인가”에서 “여러 실행 단위를 어떻게 다루는가”로 넘어가는 순서로 이해하면 된다.

프로세스란 무엇인가

프로세스(process)란 운영체제가 실행 중인 프로그램 하나에 배정하는 독립적인 실행 단위다. 프로세스는 자신만의 메모리 공간(코드·데이터·스택·힙)을 따로 가진다. 웹 브라우저를 하나 실행하면 운영체제 안에서 프로세스가 하나 생기고, 그 옆에서 워드프로세서를 실행하면 또 다른 프로세스가 하나 더 생긴다. 이 둘은 메모리 공간이 완전히 분리되어 있어서, 한쪽이 잘못되어도 원칙적으로는 다른 쪽에 영향을 주지 않는다.

쉽게 말하면: 프로세스는 “지금 실행되고 있는 프로그램 한 벌”이며, 서로 다른 프로세스는 각자 자기 방(메모리)을 따로 쓴다.

스레드란 무엇인가

스레드(thread)란 하나의 프로세스 안에서 실제로 명령어를 순서대로 실행해 나가는 흐름 하나를 말한다. 프로세스가 “방 하나”라면, 스레드는 그 방 안에서 움직이는 “일꾼 한 명”에 해당한다. 하나의 프로세스는 스레드를 하나만 가질 수도 있고(단일 스레드, single-threaded), 여러 개를 가질 수도 있다(다중 스레드, multi-threaded). 같은 프로세스에 속한 스레드들은 그 프로세스의 메모리 공간(특히 전역 변수와 힙)을 서로 공유한다는 점이 프로세스 사이의 관계와 가장 크게 다른 점이다.

자주 틀리는 점: “스레드는 프로세스보다 큰 개념이다”처럼 포함 관계를 거꾸로 쓰는 문장이 오답 보기로 자주 나온다. 스레드는 항상 어떤 프로세스에 속한 하위 실행 흐름이며, 프로세스 없이 스레드만 홀로 존재할 수 없다.

병행성이란 무엇인가

병행성(concurrency)이란 여러 개의 실행 흐름(프로세스 또는 스레드)이 동시에 진행되는 것처럼 다루어지는 성질을 말한다. 여기서 “동시에 진행되는 것처럼”이라는 표현이 중요하다. CPU 코어가 하나뿐인 컴퓨터에서도 운영체제가 짧은 시간 단위로 여러 실행 흐름을 번갈아 실행해 주면, 사람 눈에는 여러 일이 동시에 일어나는 것처럼 보인다. 이렇게 실제로는 번갈아 실행하지만 동시에 진행되는 것처럼 보이게 하는 것도 병행성에 포함된다. CPU 코어가 여러 개여서 실제 물리적으로 동시에 여러 실행 흐름이 진행되는 경우는 별도로 병렬성(parallelism)이라고 구분해 부르기도 하는데, 프로그래밍언어론 시험에서는 이 둘을 엄밀히 구분하기보다 “여러 실행 흐름을 함께 다룬다”는 병행성의 큰 뜻을 정확히 아는 것이 우선이다.

병행성이 필요한 이유는 명확하다. 웹 서버가 사용자 한 명의 요청을 처리하는 동안 다른 사용자를 기다리게 만들 수는 없으므로, 여러 요청을 병행으로 처리해야 응답 속도와 자원 활용도가 올라간다. 하지만 여러 실행 흐름이 같은 자원(같은 변수, 같은 파일)을 동시에 건드리면 문제가 생길 수 있다. 두 스레드가 동시에 같은 은행 계좌 잔액 변수를 읽고 고쳐 쓰면, 순서가 꼬여서 입금한 돈이 반영되지 않고 사라지는 사고가 날 수 있다. 이렇게 실행 순서에 따라 결과가 달라져 버리는 상황을 경쟁 상태(race condition)라고 부른다. 경쟁 상태를 막기 위한 구체적인 도구(세마포어·모니터·메시지 전달)는 19편에서 다룬다.

쉽게 말하면: 병행성은 “여러 일을 동시에 진행하는 것처럼 다루는 성질”이고, 이걸 다루다 보면 여러 실행 흐름이 같은 자원을 놓고 부딪히는 문제(경쟁 상태)가 생길 수 있다.

동기화란 무엇인가

동기화(synchronization)란 여러 실행 흐름이 같은 자원에 접근하는 순서나 시점을 조율해서, 경쟁 상태 같은 문제가 생기지 않도록 만드는 방법을 통틀어 부르는 말이다. “은행 계좌 잔액을 고치는 동안에는 다른 스레드가 끼어들지 못하게 문을 잠근다”는 식의 규칙이 동기화의 한 예다. 이 문서에서는 동기화가 “왜 필요한지”와 “무엇을 하려는 것인지”까지만 정리한다. 동기화를 실제로 구현하는 구체적인 도구인 세마포어·모니터·메시지 전달은 19편에서 각각의 구조와 장단점을 깊게 다룬다.

쉽게 말하면: 동기화는 여러 실행 흐름이 같은 자원을 놓고 서로 방해하지 않도록 순서를 정해 주는 규칙이다.

예외·에러·이벤트 어휘 지도

병행성 어휘와 달리 이 세 용어는 위계 관계가 아니라 서로 성격이 다른 이상 상황을 가리키는 말들이다. 셋을 한 문장으로 미리 구분하면 이렇다: 에러는 프로그램이 감당할 수 없는 심각한 문제이고, 예외는 프로그램이 감지하고 대응할 수 있는 문제이며, 이벤트는 문제가 아니라 그저 “무언가 일어났다”는 알림이다.

세 용어의 차이를 조금 더 풀어 보면 다음과 같다.

에러(error)는 프로그램 스스로 회복하기 어려운, 실행 환경 차원의 심각한 문제다. 컴퓨터의 메모리가 부족해서 더 이상 새로운 데이터를 담을 공간이 없거나, 재귀 호출이 너무 깊어져서 실행 스택이 넘치는 상황(스택 오버플로, stack overflow)이 대표적이다. 이런 상황은 프로그램 코드 안에서 정교하게 예상하고 대응 절차를 짜 놓기가 매우 어렵기 때문에, 보통 프로그램을 안전하게 종료하는 방향으로 처리된다.

예외(exception)는 정상적인 실행 흐름에서 벗어난 상황이지만, 프로그램이 미리 “이런 상황이 생길 수 있다”고 예상하고 그 상황을 감지해서 별도의 처리 절차를 실행할 수 있는 경우를 말한다. 정수를 0으로 나누려는 연산, 배열의 크기를 벗어난 인덱스로 접근하는 연산, 열려고 한 파일이 실제로는 존재하지 않는 상황이 여기 속한다. 예외의 핵심은 “감지할 수 있고, 처리한 뒤 프로그램을 계속 실행할 수 있다”는 점이다. 이 처리 절차를 어떻게 언어 차원에서 설계하는지(try-catch-finally 같은 구조)는 20편에서 다룬다.

이벤트(event)는 애초에 “문제”가 아니다. 사용자가 화면의 버튼을 눌렀다거나, 정해 놓은 시간이 다 되어 타이머가 울렸다거나, 네트워크로 보낸 요청에 대한 응답이 도착했다는 사실을 프로그램에게 알려 주는 신호일 뿐이다. 다만 이벤트도 예외와 마찬가지로 “정해진 순서 없이 갑자기 발생한다”는 공통점이 있어서, 언어 설계 관점에서는 이벤트를 처리하는 방식(이벤트 핸들링)이 예외를 처리하는 방식과 구조적으로 비슷하게 설계되는 경우가 많다. 그래서 20편에서는 예외 처리와 이벤트 처리를 함께 다룬다.

자주 틀리는 점: “0으로 나누기는 에러다”처럼 예외를 에러로 잘못 부르는 문장이 오답으로 자주 나온다. 0으로 나누기는 프로그램이 감지하고 처리 절차를 밟을 수 있는 전형적인 예외 상황이지, 프로그램을 회복 불가능하게 만드는 에러가 아니다.

핸들러와 전파

예외나 이벤트가 발생했을 때 그것을 실제로 처리하는 코드 조각을 핸들러(handler, 처리기)라고 부른다. “0으로 나누기 예외가 발생하면 사용자에게 오류 메시지를 보여 주고 계산을 다시 시킨다”는 절차가 있다면, 그 절차를 담은 코드가 바로 이 예외의 핸들러다.

그런데 예외가 발생한 바로 그 자리에 항상 알맞은 핸들러가 있는 것은 아니다. 어떤 함수 안에서 예외가 발생했는데 그 함수 자신은 이 예외를 처리할 방법을 모른다면, 예외는 그 함수를 호출한 바깥 함수로 넘겨진다. 이렇게 예외가 발생한 지점에서 시작해 알맞은 핸들러를 찾을 때까지 호출 순서를 거슬러 올라가며 넘겨지는 과정을 전파(propagation)라고 부른다.

이 그림에서 함수 A가 함수 B를 부르고, 함수 B가 함수 C를 부른 상태에서 C 안에서 예외가 발생했다고 하자. C에 이 예외를 처리할 핸들러가 없으면 예외는 C를 호출한 B로 전파되고, B에도 없으면 다시 B를 호출한 A로 전파된다. A에 마침내 알맞은 핸들러가 있으면 그 자리에서 예외가 처리된다. 만약 호출 순서를 끝까지 거슬러 올라가도 어디에도 알맞은 핸들러가 없다면, 그 예외는 처리되지 않은 예외(unhandled exception)가 되어 결국 프로그램 종료로 이어질 수 있다. 이 전파 과정을 언어가 구체적으로 어떤 문법(try-catch-finally 등)으로 표현하는지는 20편에서 다룬다.

쉽게 말하면: 핸들러는 문제를 실제로 처리하는 코드이고, 전파는 그 문제를 처리할 핸들러를 찾을 때까지 호출한 쪽으로 계속 넘겨 가는 과정이다.

자주 틀리는 점 정리

• 스레드와 프로세스의 포함 관계를 거꾸로 아는 실수: 스레드는 프로세스 안에 속한 실행 흐름이다. 프로세스가 스레드에 속하는 것이 아니다.
• 병행성과 동기화를 같은 말로 쓰는 실수: 병행성은 “여러 실행 흐름을 동시에 다룬다”는 성질이고, 동기화는 그 병행 실행 흐름들이 서로 부딪히지 않도록 조율하는 방법이다. 동기화는 병행성이 만드는 문제를 해결하기 위한 수단이다.
• 예외와 에러를 같은 말로 쓰는 실수: 예외는 프로그램이 감지하고 처리한 뒤 계속 실행할 수 있는 상황이고, 에러는 대체로 회복이 어려운 심각한 문제다.
• 이벤트를 예외의 한 종류로 단정하는 실수: 이벤트는 문제 상황이 아니라 단순한 사건 발생 신호다. 다만 처리 방식이 예외 처리 구조와 닮아 있을 뿐이다.
• 전파를 “예외가 사라진다”는 뜻으로 오해하는 실수: 전파는 예외가 사라지는 것이 아니라, 처리할 수 있는 핸들러를 찾을 때까지 호출한 쪽으로 계속 넘겨지는 과정이다.

핵심 정리

• 프로세스는 독립된 메모리 공간을 갖는 실행 단위이고, 스레드는 그 프로세스 안에서 메모리를 공유하며 실행되는 흐름이다.
• 병행성은 여러 실행 흐름을 동시에 다루는 성질이며, 이때 생기는 경쟁 상태 같은 문제를 막기 위한 조율 방법이 동기화다.
• 에러는 회복이 어려운 심각한 문제, 예외는 감지하고 처리한 뒤 계속 실행할 수 있는 상황, 이벤트는 문제가 아닌 사건 발생 신호로 구분된다.
• 핸들러는 예외·이벤트를 실제로 처리하는 코드이고, 전파는 알맞은 핸들러를 찾을 때까지 호출 순서를 거슬러 넘겨지는 과정이다.

마무리 복습

참고 자료

• 국가평생교육진흥원 독학학위제  — 독학사 시험 체계와 과목별 평가영역 확인용 공식 사이트.