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Java 並行プログラミング
並行ユーティリティ

並行ユーティリティ

概要

Java は複数ふくすうのスレッド間かんの同期どうき操作そうさを調整ちょうせいするための様々さまざまな並行へいこうユーティリティクラスを提供ていきょうしている。

Semaphore セマフォ

Semaphore は複数ふくすうのスレッドが同時どうじに共有きょうゆうリソースにアクセスすることを制御せいぎょする同期どうきメカニズム。同時どうじアクセスできるスレッド数すうを制限せいげんできる。

Semaphore

Semaphore は acquire（取得しゅとく）と release（解放かいほう）の二ふたつの操作そうさを提供ていきょうする。スレッドが共有きょうゆうリソースにアクセスする際さい、まずセマフォを取得しゅとくする必要ひつようがある。セマフォが利用りよう可能かのうであれば取得しゅとく成功せいこう、そうでなければ他ほかのスレッドがセマフォを解放かいほうするまでブロックされる。
SemaphoreExample.java
Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 最大 3 スレッドが同時アクセス可能

// パーミット取得
semaphore.acquire();
try {
    // 共有リソースにアクセス
} finally {
    // パーミット解放
    semaphore.release();
}

CountDownLatch カウントダウンラッチ

CountDownLatch は一ひとつまたは複数ふくすうのスレッドが他ほかのスレッドグループの操作そうさ完了かんりょうを待まつことができる同期どうきツール。

CountDownLatch

CountDownLatch はカウンターを含ふくみ、カウンターが零ゼロになると待機たいきしているスレッドが解放かいほうされる。スレッドが作業さぎょうを完了かんりょうするたびに、カウンターを一いちつ減げんらす。
CountDownLatchExample.java
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

// ワーカースレッド
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 作業実行
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 作業完了");
        latch.countDown(); // カウンター -1
    }).start();
}

// メインスレッド待機
latch.await(); // カウンターが零になるまで待機
System.out.println("全作業完了");

CyclicBarrier サイクリックバリア

CyclicBarrier は一ひとグループのスレッドが特定とくていのバリアポイントで互たがいを待まち、全すべてのスレッドが到達とうたつした後あとに実行じっこうを継続けいぞくすることを許可きょかする。

CyclicBarrier

CyclicBarrier は再利用さいりよう可能かのうで、全すべてのスレッドがバリアポイントに到達とうたつすると、次つぎの使用しようのためにリセットされる。
CyclicBarrierExample.java
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
    System.out.println("全スレッドがバリアポイントに到達");
});

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " バリアに到達");
        try {
            barrier.await(); // 他のスレッドを待機
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 実行継続");
    }).start();
}

CountDownLatch vs CyclicBarrier

特性とくせいCountDownLatchCyclicBarrier
再利用さいりよう不可ふか可能かのう
カウント方式ほうしき零ゼロまでカウントダウン全すべてのスレッド到達とうたつを待まつ
用途ようとイベントグループの完了かんりょう待まちスレッド間かんの相互そうご待機たいき

Exchanger エクスチェンジャー

Exchanger は二ふたつのスレッド間かんでデータを交換こうかんするための同期どうきポイント。各かくスレッドは Exchanger ポイントで待機たいきし、他ほかのスレッドも到達とうたつするとデータを交換こうかんして実行じっこうを継続けいぞくする。

Exchanger

ExchangerExample.java
Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

new Thread(() -> {
    try {
        String data = "データ A";
        String received = exchanger.exchange(data);
        System.out.println("スレッド 1 受信: " + received);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

new Thread(() -> {
    try {
        String data = "データ B";
        String received = exchanger.exchange(data);
        System.out.println("スレッド 2 受信: " + received);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

Phaser フェイザー

Phaser は複数ふくすうフェーズの実行じっこうを同期どうき制御せいぎょするための、より柔軟じゅうなんな同期どうきメカニズムを提供ていきょうする。

Phaser

各かくフェーズには任意にんいの数かずのスレッドを含ふくめることができ、全すべてのスレッドがそのフェーズを完了かんりょうした時ときのみ次つぎのフェーズに進すすめる。Phaser は CyclicBarrier より柔軟じゅうなんで、参加者さんかしゃを動的どうてきに登録とうろく・解除かいじょできる。
PhaserExample.java
Phaser phaser = new Phaser(3); // 3 参加者

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " フェーズ 1 完了");
        phaser.arriveAndAwaitAdvance(); // 他のスレッドがフェーズ 1 を完了するのを待機

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " フェーズ 2 完了");
        phaser.arriveAndAwaitAdvance(); // 他のスレッドがフェーズ 2 を完了するのを待機

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 全フェーズ完了");
        phaser.arriveAndDeregister(); // 完了して登録解除
    }).start();
}

まとめ比較

ユーティリティ用途ようと再利用さいりよう動的どうてき参加者さんかしゃ
Semaphoreリソースへの同時どうじアクセススレッド数すうを制限せいげん可か-
CountDownLatchイベントグループの完了かんりょう待まち不可ふか不可ふか
CyclicBarrierスレッド間かんの相互そうご待機たいき可か不可ふか
Exchanger二ふたスレッド間かんのデータ交換こうかん可か-
Phaser複数ふくすうフェーズ同期どうき可か可か

参考リソース

同期メカニズム並行コレクション