• C# 6.0에는 완전히 C#으로 작성된 새로운 컴파일러가 있다. 새 컴파일러는 모듈식으로 구성되어 있어서, 소스 코드를 실행 파일이나 라이브러리로 컴파일하는 것 말고도 그 기능들을 다양한 방식으로 활용할 수 있다. Roslyn(로즐린)이라는 이름의 컴파일러 덕분에 정적 코드 분석 도구나 리팩터링 도구, 구문 강조 기능과 코드 완성 기능을 갖춘 편집기, 그리고 C# 코드를 이해하는 Visual Studio 플러그인을 만들기가 좀 더 쉬워졌다.
  • Roslyn 라이브러리들은 NuGet에서 내려받을 수 있다. C#용 패키지뿐만 아니라 VB용 패키지도 있다. 두 언어는 일부 구조를 공유하므로, 의존하는 라이브러리들도 일부 겹친다. C# 컴파일러 라이브러리들의 NuGet 패키지 ID는 Microfost.CodeAnalysis.CSharp이다.
  • Roslyn의 소스 코드는 Apache 2 오픈소스 사용권 하에 공개되어 있다. 이 소스 코드는 또 다른 가능성을 열어주는데, 예컨대 C#을 커스텀 언어 또는 영역 국한 언어(domain-specific language)로 바꾸는 것도 가능하다. 소스코드는 GitHub의 Roslyn 페이지(https://github.com/dotnet/roslyn)에서 내려받을 수 있다.
  • GitHub의 Roslyn 페이지에는 문서화와 예제들 그리고 코드 분석과 리팩터링 방법을 보여주는 단계별 튜토리얼들이 있다.
• Roslyn C# 컴파일러 라이브러리를 구성하는 어셈블리들은 다음과 같다.
  • Microsoft.CodeAnalysis.dll
  • Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.dll
  • System.Collections.Immutable.dll
  • System.Reflection.Metadata.dll

Roslyn의 구조

• Roslyn은 컴파일 과정은 다음 세 단계로 나누어서 진행한다.
  1. 코드를 구문 트리로 파싱한다. 이 단계는 구문층(syntatic layer)에 해당한다.
  2. 식별자들을 기호(symbol)들에 묶는다(바인딩). 이 단계는 의미층(semantic layer)에 해당한다.
  3. IL 코드를 산출한다.
• 첫 단계에서 파서는 C# 코드를 읽어서 구문 트리(syntax tree)를 출력한다. 구문 트리는 소스 코드의 구조와 내용을 트리 형태로 구성한 DOM(Document Object Model; 문서 객체 모형)이다.
• 둘째 단계에서는 C#의 정적 바인딩(static binding)이 일어난다. 이 단계에서 컴파일러는 어셈블리 참조 정보를 마련해서, 이를테면 ‘Console’ 이라는 식별자가 mscorlib.dll의 System.Console을 지칭한다는 사실을 파악한다. 중복적재 해소와 형식 추론도 이 단계에서 일어난다.
• 셋째 단계는 출력 어셈블리를 만들어 낸다. 독자가 코드 분석이나 리팩터링을 위해 Roslyn을 사용할 계획이라면 이 셋째 단계는 필요하지 않을 것이다.

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• 정규 표현식(regular expression) 줄여서 정규식(regex)은 문자 패턴을 식별하는 수단이다.
  • 정규식을 지원하는 .NET 형식들은 Perl 5의 정규 표현식 문법을 따르며, 패턴을 찾는 기능뿐만 아니라 찾아 바꾸는 기능도 지원한다.
• 정규 표현식은 이를테면 다음과 같은 과제에 쓰인다.
  • 패스워드나 전화번호 같은 텍스트 입력의 유효성 점검(ASP.NET은 이 용도만을 위해 ReularExpressionValidator라는 컨트롤을 제공한다)
  • 텍스트 자료를 좀 더 구조화된 형태로 파싱(이를테면 HTML 페이지에서 자료를 추출해서 데이터베이스에 저장하는 등)
  • 문서에 있는 특정 패턴의 텍스트를 치환

정규 표현식의 기초

• 정규 표현식에는 여러 연산자가 있는데, 그중 한정사(quantifier; 양화사)라고 부르는 연산자들이 특히나 많이 쓰인다.
  • 한정사 중 하나인 ?는 그 앞의 항목이 0회 또는 1회 나와야 한다는 뜻이다. 다른 말로 하면 ?는 그 앞의 항목이 선택적(optional)임을 뜻한다.
  • 예컨대 “colou?r”라는 정규 표현식은 color와도 부합하고 colour와도 부합하지만, colouur와는 부합하지 않는다.

Console.WriteLine(Regex.Match("color", @"colou?r").Success);  // True
Console.WriteLine(Regex.Match("colour", @"colou?r").Success);  // True
Console.WriteLine(Regex.Match("colouur", @"colou?r").Success);  // False

• Regex.Match는 주어진 문자열에서 주어진 패턴과 부합하는 부분 문자열을 찾는다.
  • 이 메서드가 돌려주는 객체에는 패턴과 부합하는 부분 문자열의 시작 색인을 담은 Index 속성과 길이를 담은 Length 속성, 그리고 부함 문자열 자체를 담은 Value 속성이 있다.

Match m = Regex.Match("any colour you like", @"colou?r");

Console.WriteLine(m.Success);  // True
Console.WriteLine(m.Index);  // 4
Console.WriteLine(m.Length);  // 6
Console.WriteLine(m.Value);  // colour
Console.WriteLine(m.ToString());  // colour

• Regex.Match를 string의 IndexOf 메서드의 좀 더 강력한 버전이라고 생각해도 될 것이다. 차이점은 Regex.Match는 주어진 문자열을 곧이곧대로 검색하는 것이 아니라 패턴을 검색한다는 것이다.
• IsMatch 메서드는 Match 호출 후 Success 속성을 판정하는 과정을 하나로 엮은 단축 메서드이다.
• 정규 표현식 엔진은 기본적으로 왼쪽에서 오른쪽으로 패턴을 점검하므로, Match는 가장 왼쪽의 부함만을 돌려준다. 더 많은 부합을 얻으려면 NextMatch 메서드를 사용해야 한다.

Match m1 = Regex.Match("One color? Threre are two colours in my head!", @"colou?rs?");
Match m2 = n1.NextMatch();
Console.WriteLine(m1);  // color
Console.WriteLine(m2);  // colour

• Matches 메서드는 모든 부합을 배열에 담아 돌려준다.

foreach (Match m in Regex.Match("One color? Threre are two colours in my head!", @"colou?rs?"))
  Console.WriteLine(m);

• 흔히 쓰이는 또 다른 정규 표현식 연산자로 대안 선택자(alternator)가 있다. 대안 선택자는 수직선 기호 |로 표시한다. 대안 선택자는 말 그대로 선택할 수 있는 대안들을 표현한다.
  • 예컨대 다음은 “Jen”이나 “Jenny”, “Jennifer”와 부합한다.

Console.WriteLine(Regex.IsMatch("Jenny", "Jen(ny|nifer)?"));  // True

• 대안 선택자를 감싸는 괄호는 대안들을 정규식의 나머지 부분과 구분하는 역할을 한다.
• .NET Framework 4.5 부터는 정규 표현식 부합 메서드 호출 시 만료 시간을 지정할 수 있다.
  • TimeSpan 객체로 주어진 시간이 다 지나도 부합 연산이 완료되지 않으면 RegexMatchTimeoutException 예외가 발생한다.
  • 임의의 정규 표현식(이를테면 고급 검색 대화상자에 사용자가 입력한 정규식)을 처리하는 프로그램이라면 잘못된 또는 악의적인 정규 표현식 때문에 프로그램이 무한히 멈추는 일을 방지하기 위해 이러한 시간 만료 기능을 활용하는 것이 바람직하다.

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네이티브 DLL 호출

• Platform Invocation Services(플랫폼 호출 서비스)를 줄인 P/Invoke는 .NET 응용 프로그램에서 비관리(unmanaged; .NET이 관리하지 않는) DLL에 있는 함수나 구조체, 콜백에 접근하는데 사용하는 기술이다.
• 예컨대 Windows DLL user32.dll에 있는 MessageBox 함수를 생각해 보자. 이 C함수는 다음과 같이 선언되어 있다.

int MessageBox(HWND hWnd, LPCTSTR lpText, LPCTStr lpCaption, UINT uType);

• .NET 응용 프로그램에서 이 함수를 직접 호출하는 것은 생각보다 쉽다. 같은 이름의 정적 메서드를 선언하되 extern 키워드를 적용하고 DllImport 특성을 부여하면 된다.

using System;
using System.Runtime.IneropServices;

class MsgBoxTest
{
  [DllImport("user32.dll")]
  static extern int MessageBox(IntPtr hWnd, string text, string caption, int type);

  public static void Main()
  {
    MessageBox(IntPtr.Zero, "Please do not press this again.", "Attention", 0);
  }
}

• 실제로 System.Windows 이름공간과 System.Windows.Forms 이름공간에 있는 MessageBox 클래스들이 이와 비슷한 비관리 메서드들을 이런 식으로 호출한다.
• CLR에는 .NET 형식들과 비관리 형식들 사이에서 매개변수들과 반환 값들을 변환하는 방법을 아는 인도기(marshaler)가 있다.
  • 지금 예에서는 int 매개변수는 함수가 기대하는 4바이트 정수로 직접 대응되며, 문자열 매개변수는 2바이트 유니코드 문자들의 널 종료(null-terminated) 배열로 변환된다.
  • IntPtr은 비관리 핸들을 캡슐화 하도록 만들어진 하나의 구조체로, 그 너비는 32비트 플랫폼에서는 32비트이고 64비트 플랫폼에서는 64비트이다.

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• 응용 프로그램 도메인(appication domain)은 .NET 프로그램이 실행되는 하나의 실행 시점 격리 단위(unit of isolation)이다.
• 응용 프로그램 도메인은 관리되는 메모리 경계로 작용하며, 적재된 어셈블리들과 응용 프로그램 구성 설정들을 담는 컨테이너이기도 하다. 또한 분산 응용 프로그램의 경우 통신의 경계를 나타내기도 한다.
• 일반적으로 하나의 .NET 프로세스는 하나의 응용 프로그램 도메인을 수용한다. 프로세스 시동시 CLR이 자동으로 생성한 기본(default) 도메인이 바로 그것이다.
  • 그러나 한 프로세스가 응용 프로그램 도메인들을 더 생성하는 것이 가능하며, 종종 유용하다.
  • 응용 프로그램 도메인을 추가로 생성하면 개별 프로세스들을 둘 때 발생하는 통신상의 복잡한 문제를 피하면서도 코드 실행 단위들을 서로 격리할 수 있다.
  • 이러한 접근방식은 부하 검사나 응용 프로그램 부분 갱신(patching) 같은 시나리오에 유용하며 안정적인 오류 복구 메너티즘을 구현할 때에도 유용하다.
• 이번 장은 Windows 스토어 앱이나 CoreCLR 앱과는 무관하다. 그런 앱에서는 오직 하나의 응용 프로그램 도메인만 사용할 수 있다.

응용 프로그램 도메인의 구조

• 아래 그림은 단일 도메인, 다중 도메인, 그리고 전형적인 분산 클라이언트/서버 응용 프로그램 도메인 구조를 나타낸 것이다. 대부분의 경우, 응용 프로그램 도메인을 수용하는 프로세스들은 운영체제가 암묵적으로 생성한다. (예컨대 사용자가 .NET 실행 파일을 더블클릭하거나 Windows 서비스가 시작될 때)
  • 그러나 IIS 같은 다른 프로세스가 응용 프로그램 도메인을 가지거나 SQL Server가 CLR 통합을 통해서 응용 프로그램 도메인을 가지기도 한다.
• 단순한 실행 파일에서 비롯된 프로세스는 기본 응용 프로그램 도메인의 실행이 끝나면 함께 끝난다. 그러나 IIS나 SQL Server 같은 호스트에서는 프로세스가 그 수명을 제어한다.
  • 즉 필요에 따라 .NET 응용 프로그램 도메인을 생성하고 파괴한다.

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• 이번 장에서는 다중 코어 프로세서의 활용을 목적으로 하는 다음과 같은 다중 스레드 API 들과 구축 요소들을 살펴본다.
  • PLINQ(Parallel LINQ; 병렬 LINQ)
  • Parallel 클래스
  • 작업 병렬성 구축 요소
  • 동시적 컬렉션(concurrent collection)
• 이들은 모두 .NET Framework 4.0에서 도입되었다. 이들을 통틀어 PFX(Parallel Framework; 병렬 프레임워크)라고 부르기도한다.
  • 그리고 Parallel 클래스와 작업 병렬성 요소들을 합해서 TPL(Task Parallel Library; 작업 병렬 라이브러리)이라고 부른다.
• 이번 장을 이해하려면 14장에서 말한 기본 개념들에 익숙해야 한다. 특히 잠근, 스레드 안전성, Task 클래스를 숙지할 필요가 있다.

PFX가 왜 필요한가?

• 지난 10여년 사이에 CPU 제조사들은 단일 코어 프로세서에서 다중 코어 프로세서로 초점을 옮겼다. 이떄문에 예전처럼 그냥 CPU만 빠랄지면 단일 스레드 코드도 저절로 빨라지는 현상은 더는 기대할 수 없게 되었다. 이제 성능 향상을 위해서는 여러 개의 코어(core)를 제대로 활용해야 한다.
• 서버 응용 프로그램들은 대부분 각 클라이언트 요청을 개별 스레드에서 처리하는 형태이므로 여러 코어를 활용하는 것이 어렵지 않다. 그러나 데스크톱 응용 프로그램은 그렇지 않다. 데스크톱 응용 프로그램에서 다중 코어를 활용하려면 프로그램 중 처리량이 많은 코드의 구조를 다음과 같은 형태로 개선해야 한다.
  1. 처리할 일거리를 더 작은 덩어리들로 분할(partitioning)한다.
  2. 각 덩어리를 다중 스레드 기법을 이용해서 병렬로 처리한다.
  3. 처리가 끝난 스레드들의 결과를 스레드에 안전한, 그리고 성능 효율적인 방식으로 취합(collating) 한다.
• 이러한 개선을 고전적인 다중 스레드 적용 수단들을 이용해서 독자가 직접 수행할 수도 있지만, 그리 쉬운 일은 아니다. 특히 분할과 취합 단계가 까다롭다.
  • 게다가 다수의 스레드가 같은 자료를 동시에 다루는 경우 스레드 안전성 확보에 흔히 쓰이는 잠금 전략들을 그대로 적용하면 경합이 심해져서 성능이 떨어진다.
  • PFX 라이브러리들은 바로 이런 상황에 도움이 되도록 설계되었다.
• 다중 코어 또는 다중 프로세서를 활용하는 프로그래밍을 병렬 프로그래밍(parallel programming)이라고 부른다. 병렬 프로그래밍은 그보다 더 넓은 개념인 다중 스레드 적용(multithreading)의 일부이다.

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동기화 개요

• 동기화(synchronization)란 동시에 실행되는 작업들이 예측 가능한 최종 결과를 내도록 그 작동을 조율하는 것을 말한다. 동기화는 여러 스레드가 같은 자료에 접근할 때 특히나 중요하다. 그런 코드를 작성할 때는 뭔가를 빼먹거나 잘못 구현하기가 놀랄만큼 쉽다
• 가장 간단하고 유용한 동기화 도구는 14장에서 설명한 연속(continuation) 기능과 작업 조합기(task combinator)일 것이다. 동시적 프로그램을 다수의 비동기 연산들이 연속 작업 객체들과 조합기들로 연결된 구조로 만들면 잠금과 신호 전달의 필요성이 줄어든다.
  • 그렇지만 저수준 수단들을 동원해야 하는 경우도 여전히 존재한다.
• 동기화 수단들은 크게 다음 세 부류로 나뉜다.
  • 독점 잠금
    • • 독점 잠금(exclusive locking)은 한 번에 단 하나의 스레드만 어떠한 활동을 수행하거나 코드의 한 부분을 실행하게 만드는 수단이다. 독점 잠금은 여러 스레드가 서로 간섭하지 않고 공유 상태에 접근해서 상태를 변경할 수 있게 하는데 주로 쓰인다.
    • C#의 독점 잠금 수단으로는 lock과 Mutex, SpinLock이 있다.
  • 비독점 잠금
    • 비독점 잠금(nonexclusive locking)은 동시성을 제한하는 수단이다. 비독점 잠금 수단으로는 Semaphore(Slim)과 ReaderWriterLock(Slim)이 있다.
  • 신호 전달
    • 신호 전달(signaling)은 다른 스레드로부터 하나 또는 여러 개의 통지를 받을 때까지 한 스레드의 실행을 차단하는 수단이다.
    • 신호 전달 수단으로는 ManualResetEvents(Slim), AutoResetEvent, CountdownEvent, Barrier가 있다. 처음 셋을 이벤트 대기 핸들(event wait handles)이라고 부른다.
• 비차단 동기화(nonblocking synchronization) 수단들을 이용해서 잠금 없이 공유 상태에 대한 동시적 연산을 수행하는 것도 가능하다.(까다롭긴 하지만)
  • 비차단 동기화 수단으로는 THread.MemoryBarrier, Thread.VolatileRead, Thread.VolatileWrite.volatile 키워드, Interlocked 클래스가 있다.

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