Go 言語で同時実行の安全性を実装するにはどうすればよいですか?

コンピュータ技術の継続的な発展に伴い、プログラム処理をシングルスレッドからマルチスレッドに移行する必要があります。従来の並行処理モデルと比較して、Go 言語の強力な並行処理メカニズムは多くの開発者の注目を集めています。 Go 言語は、本格的な同時実行コードを簡単に作成できる軽量の実装メカニズムを提供します。

ただし、マルチスレッド環境では多くの競合状態 (Race Condition) が発生することは避けられません。複数のスレッドが同じ共有リソースを同時に読み書きしようとすると、実行順序が不確実であるため、予期しない結果が発生する可能性があります。競合状態は、開発者が最も恐れる潜在的な問題の 1 つです。

同時処理における潜在的な問題を回避するために、Go 言語では豊富な標準ライブラリ (sync) が提供されています。この記事では、同期ライブラリを通じて同時実行の安全性を実現するメカニズムを紹介します。

Mutex と RWMutex

mutex は、最も一般的に使用されるメカニズムです。いつでも、ミューテックス オブジェクトを取得できるのは 1 つのコルーチンだけであり、他のコルーチンは実行を続行する前に、前のコルーチンがロックを解放するまで待つ必要があります。 Mutex を使用すると、コードが安全かつ安定して実行できるように共有リソースを保護できます。

RWMutex は別のミューテックス ロック タイプで、読み取りと書き込みの分野におけるミューテックスの拡張に相当します。 RWMutex には、読み取りカウンターと書き込みカウンターの 2 つのカウンターが含まれています。

• 読み取りコルーチンが読み取り操作を実行中の場合、書き込み操作はロックされ、読み取り操作が終了するまで待機します。
• 書き込みコルーチンがロック操作を呼び出すと、コルーチンの進行中のすべての読み取りおよび書き込み操作がロックされます。

このメカニズムにより、複数のコルーチンが同時に読み取り操作を実行でき、書き込み操作を実行できるのは 1 つのコルーチンのみであることが保証されます。

var rwMutex sync.RWMutex
var count int
func read() {
    rwMutex.RLock()
    defer rwMutex.RUnlock()

    fmt.Println(count)
}

func write() {
    rwMutex.Lock()
    defer rwMutex.Unlock()

    count++
}

上記のコード例では、RWMutex タイプのロックを使用して count 変数の読み取りおよび書き込み操作を保護します。スレッドが write() 関数を呼び出すと、書き込みカウンターがロックされ、他のすべてのコルーチンの読み取りと書き込みがブロックされます。スレッドが read() 関数を呼び出すと、読み取りカウンターがロックされ、他のコルーチンが読み取り操作を実行できるようになります。

WaitGroup

WaitGroup は、コルーチンのグループが実行を完了するのを待つために使用されます。実行する必要があるコルーチンが n 個あると仮定すると、メイン コルーチンで waitGroup.Add(n) を呼び出す必要があります。 WaitGroup.Done() は、各コルーチンの実行が完了した後に呼び出されます。

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
            fmt.Println("goroutine ", n)
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

この例では、WaitGroup を使用して各 goroutine の実行を待機し、最後にすべての goroutine が完了するのを待ってからメインの実行プロセスを終了します。

Cond

複数のコルーチンを停止または特定の操作を実行する必要がある場合は、Cond を使用できます。 Cond をロックや WaitGroup と組み合わせて使用​​するのが一般的です。これにより、条件変数が変化するまで goroutine が同時にブロックできるようになります。

var cond = sync.NewCond(&sync.RWMutex{})

func printOddNumbers() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        cond.L.Lock()
        if i%2 == 1 {
            fmt.Println(i)
            cond.Signal()
        } else {
            cond.Wait()
        }
        cond.L.Unlock()
    }
}

func printEvenNumbers() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        cond.L.Lock()
        if i%2 == 0 {
            fmt.Println(i)
            cond.Signal()
        } else {
            cond.Wait()
        }
        cond.L.Unlock()
    }
}

上記のコード例では、Cond を使用して偶数と奇数が別々に出力されるようにしました。各コルーチンは sync.Mutex を使用してゴルーチンをロックし、別のコルーチンが最初に共有変数にアクセスしてから変数の値を監視するのを待ちます。

1 回

場合によっては、構成ファイルの読み取りを 1 回だけ行う、グローバル状態の初期化を 1 回だけ行うなど、特定の操作を 1 回だけ実行する必要があります。 sync.Once タイプの Go 言語は、この目的のために生まれました。関数が初めて呼び出されるとき、関数内のコードが実行され、その後の呼び出しでは再度実行されません。

var once sync.Once

func doSomething() {
    once.Do(func() {
        fmt.Println("Do something")
    })
}

上の例では、sync.Once を使用して doSomething 関数を安全に実行しました。初めて doSomething が呼び出されるとき、この関数は、once.Do() を使用して 1 回だけ実行されます。

結論

この記事では、同時コードの安全性を確保するために Go 言語で一般的に使用されるロックとメカニズムを紹介します。同期ライブラリを使用する Mutex、RWMutex、WaitGroup、Cond、および Once タイプはすべて非常に強力で、安全で効率的な同時プログラムの設計に使用できます。同時実行メカニズムが進化し続ける中、同時プログラミングの最新の進歩を理解することが、開発スキルの競争力を維持する鍵となります。

以上がGo 言語で同時実行の安全性を実装するにはどうすればよいですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。