マルチスレッドは、Javaにおいて複数のスレッド（実行単位）を同時に動作させる技術です。これにより、プログラムのパフォーマンスを向上させることが可能となり、特に並列処理を必要とするアプリケーションで非常に有効です。しかし、複数のスレッドが同じリソースにアクセスする場合、データの不整合が発生する可能性があるため、「同期処理」を正しく理解し実装することが不可欠です。本記事では、マルチスレッドと同期処理に関する基本概念と、実践的なサンプルコードを用いてその使い方を解説します。
Javaにおけるスレッドの基礎
Javaでスレッドを実装する方法は主に2つあります。1つ目は`Thread`クラスを継承する方法、2つ目は`Runnable`インターフェースを実装する方法です。後者はより柔軟で一般的に推奨されるアプローチです。
Runnableインターフェースを使用したマルチスレッドの例
class MyRunnable implements Runnable {
private String threadName;
MyRunnable(String name) {
threadName = name;
}
public void run() {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
System.out.println(threadName + " is running: " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 1秒ごとに休止
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(threadName + " was interrupted.");
}
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable("Thread 1"));
Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable("Thread 2"));
thread1.start();
thread2.start();
}
}
このコードでは、`MyRunnable`クラスが`Runnable`インターフェースを実装し、`run()`メソッド内で5回のループ処理を行います。`Thread.sleep(1000)`により、各スレッドは1秒ごとに実行されます。結果として、`Thread 1`と`Thread 2`が交互に出力されることが期待されます。
実行結果
Thread 1 is running: 1 Thread 2 is running: 1 Thread 1 is running: 2 Thread 2 is running: 2 Thread 1 is running: 3 Thread 2 is running: 3 Thread 1 is running: 4 Thread 2 is running: 4 Thread 1 is running: 5 Thread 2 is running: 5
スレッドの同期処理
複数のスレッドが同時に共有リソースにアクセスすると、データの整合性に問題が発生する可能性があります。これを防ぐためには、Javaの同期機能を使用します。同期処理では、1つのスレッドがリソースにアクセスしている間は他のスレッドがそのリソースにアクセスできないようにします。このために、`synchronized`キーワードが用いられます。
同期処理の例
class Counter {
private int count = 0;
// synchronizedメソッドでスレッド安全性を確保
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
class MyThread extends Thread {
private Counter counter;
MyThread(Counter counter) {
this.counter = counter;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.increment();
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Counter counter = new Counter();
Thread thread1 = new MyThread(counter);
Thread thread2 = new MyThread(counter);
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread1.join(); // スレッドの終了を待機
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Final count: " + counter.getCount());
}
}
この例では、`Counter`クラスに`increment()`メソッドを定義し、このメソッドに`synchronized`キーワードを付けることで、複数のスレッドからの同時アクセスを防いでいます。`thread1`と`thread2`は同じ`Counter`オブジェクトに対して1000回ずつインクリメント操作を行いますが、`synchronized`によって正しい最終結果が保証されます。
実行結果
Final count: 2000
同期ブロックの使用
`synchronized`キーワードはメソッド全体に適用することもできますが、特定のブロックだけに適用することも可能です。これを「同期ブロック」と呼び、必要な範囲だけを同期させることで、性能の向上を図ることができます。
同期ブロックの例
class BankAccount {
private double balance;
public BankAccount(double initialBalance) {
balance = initialBalance;
}
public void deposit(double amount) {
synchronized (this) {
balance += amount;
}
}
public void withdraw(double amount) {
synchronized (this) {
if (balance >= amount) {
balance -= amount;
} else {
System.out.println("Insufficient funds.");
}
}
}
public double getBalance() {
return balance;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
BankAccount account = new BankAccount(1000);
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) { account.deposit(1); } }); Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
account.withdraw(1);
}
});
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Final balance: " + account.getBalance());
}
}
このコードでは、`deposit()`と`withdraw()`メソッドに同期ブロックを適用しています。これにより、1つのスレッドが同期ブロックに入っている間は、他のスレッドが同じブロックに入れなくなり、データの整合性が保たれます。`t1`と`t2`はそれぞれ入金と引き出しを行い、最終的な残高が表示されます。
実行結果
Final balance: 1000.0
まとめ
Javaのマルチスレッドと同期処理は、プログラムのパフォーマンス向上とデータの整合性を保つための重要な要素です。スレッドを使用することで、複数の処理を並行して実行でき、同期処理を正しく実装することで競合状態を防ぐことができます。`synchronized`キーワードや同期ブロックを活用し、効率的で安全なスレッド処理を行うことができます。これらの技術を駆使して、スレッドを使用するアプリケーションの設計をさらに最適化してください。