스트라이프 락

2026.07.17 16:07

스트라이프 락(lock striping)은 하나의 자료구조 전체를 보호하는 단일 락 대신, 자료구조를 여러 구역으로 나누고 구역마다 독립적인 락을 두는 기법이다. 락을 여러 줄(stripe)로 쪼갠다는 의미에서 이런 이름이 붙었다.

공유 자료구조를 락 하나로 보호하면(coarse-grained locking) 구현은 단순하지만, 스레드가 많아질수록 모든 스레드가 같은 락을 두고 경합(contention)한다. 서로 전혀 다른 데이터를 건드리는 작업조차 직렬화되므로, 코어를 늘려도 처리량이 늘지 않는 병목이 된다.

반대로 원소마다 락을 두면(fine-grained locking) 경합은 사라지지만 락 자체의 메모리 오버헤드가 커지고 관리가 복잡해진다.

스트라이프 락은 그 중간 지점이다. 락을 N개만 만들어두고, 접근하려는 데이터의 해시값으로 어떤 락을 잡을지 결정한다.

lockIndex = hash(key) % N

서로 다른 stripe에 속한 데이터에 대한 작업은 병렬로 진행되고, 같은 stripe에 해시된 데이터끼리만 경합한다. 락 개수 N을 조절해서 메모리 오버헤드와 동시성 수준을 트레이드오프할 수 있다.

해시맵을 16개의 stripe로 나눈 경우를 생각해 보자.

buckets:  [0] [1] [2] [3] ... [63]
locks:    [0] [1] [2] ... [15]

put("apple")  → hash % 16 = 3  → locks[3] 획득
put("banana") → hash % 16 = 7  → locks[7] 획득  // apple과 병렬 실행 가능
put("cherry") → hash % 16 = 3  → locks[3] 대기  // apple과 경합

이론적으로 최대 16개의 쓰기 작업이 동시에 진행될 수 있다.

간단한 구현은 다음과 같다.

template <typename K, typename V>
class StripedMap {
    static constexpr size_t N_LOCKS = 16;
    std::vector<Node<K, V>*> buckets;
    std::array<std::mutex, N_LOCKS> locks;

    std::mutex& lockFor(const K& key) {
        return locks[std::hash<K>{}(key) % N_LOCKS];
    }

public:
    V get(const K& key) {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(lockFor(key));
        // 해당 버킷 탐색
    }

    void put(const K& key, const V& value) {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(lockFor(key));
        // 해당 버킷에 삽입
    }
};

실제 사용 예

Java ConcurrentHashMap: Java 7까지는 맵을 16개의 Segment로 나누고 각 Segment가 자체 락을 갖는 전형적인 스트라이프 락 구조였다. Java 8부터는 Segment를 없애고 버킷(첫 노드) 단위의 synchronized + CAS로 바뀌어, 사실상 버킷 수만큼의 fine-grained locking에 가까워졌다.
Linux 커널, 데이터베이스: 해시 테이블이나 버퍼 풀을 여러 파티션으로 나누고 파티션별 락을 두는 패턴이 널리 쓰인다. PostgreSQL의 buffer partition lock, InnoDB의 buffer pool instance 등이 같은 아이디어다.

주의할 점

전역 연산이 어렵다. size(), clear(), 리사이징처럼 자료구조 전체를 봐야 하는 연산은 모든 stripe의 락을 잡아야 한다. 비용이 크고, 그래서 ConcurrentHashMap.size()는 정확한 스냅샷 대신 근사치를 반환하는 식으로 설계됐다.
여러 락을 잡을 때는 순서를 고정해야 한다. 두 키에 대한 락을 동시에 잡아야 하는 작업(예: 계좌 이체)에서 스레드마다 획득 순서가 다르면 데드락이 생긴다. 락 인덱스 오름차순으로 잡는 식으로 순서를 강제해야 한다. Guava의 Striped.bulkGet()이 이런 정렬을 대신 해준다.
해시 분포가 나쁘면 효과가 없다. 특정 stripe에 키가 몰리면(hot key) 그 stripe가 단일 락과 다를 바 없는 병목이 된다.
락 개수는 보통 2의 거듭제곱으로 잡아서 모듈러 연산을 비트 마스크로 대체한다. 동시 접근 스레드 수보다 충분히 크게 잡되, 무작정 늘리면 메모리와 캐시 지역성에서 손해를 본다.

참고

process TAS process 교착상태와 스케줄링 process 생산자 소비자 문제 process 임계영역과 상호배제 process 프로세스의 개념 process 프로세스의 관리