コースレポート

course_report.txt

今回参加したコースは マルチスレッドプログラミング習得講座 です。

このコースではマルチスレッドの仕組みを解説頂いた上で、実際にコードを書いて複数スレッドが動いていることを確認しました。また Java5 -> Java7 とバージョンアップするごとに追加されたマルチスレッドに関連する機能を試してみました。

が、ちょっとかじっただけの私にはマルチスレッドは難しすぎました。。今まではコードを読みながら、講師の解説などをコメントに書けたのですが、それが今回は追いつかず、今回は仕組みや機能中心のレポートになっています。

なお、コースのアンケート結果では、

    Q. コースの難易度の評価
        ちょうどよかった 81%
    Q. コースの参加満足度
        平均 7.7点 / 10点満点 (中央値8.0点)


このような評価なので、想定している受講前提、Javaプログラミングの中級レベルの知識を持っている方には理解しやすい内容です!

では、どんな内容だったのか、レポートします !!


想定している受講者

    Javaプログラミングの中級レベルの知識（講座ではEclipseを使用）


受講目標

    Javaを使用したマルチスレッド・プログラミングの基本を習得する


講師紹介

今回も「米山です」と言って今日の狙いを話してスタートしましたが、プログラミング関連コースで登壇の多い 米山 学さん です。


今日の狙い

    Javaでマルチスレッドを書いて動作確認しながら理解します
        JDK 9を使います
        APIをいくつかピックアップして紹介します
    ただしマルチスレッドは奥が深いので、コース帰ってから深掘ってください


マルチスレッドプログラミングとは

    OSがアプリケーションに割り当てる実行単位がプロセス
        アプリケーションがプロセス内で複数動かせるものがスレッド
        軽量プロセスとも呼ばれる
        Java以外でも扱う
        今回はJavaを使ってみます
    もともとの意味
        意図とか筋、脈略という意味
        処理の流れを表すもの
        Javaではスレッドオブジェクトと呼ばれる
    スレッドではメモリを共有する
        設計や実装が難しい
    同時並行 "的" にプログラムを実行する
        処理が切り替わっているだけなので、完全同時という訳ではない
        スレッドのスケジューリングはOSもしくはJVMに依存する
        つまり実行環境に依存する
        実行される保証がない
    なぜ、それでもマルチスレッドをやりたいのか?
        ネットワークのサーバーアプリケーション
        フロントからのリクエストによるイベントドリブンで処理する場合
        Web上でお絵かきや画像編集などを行うGUIアプリケーションなど
        同時に数百万リクエストなど大量のデータを短時間に処理する
        マルチコアのCPUを活用する
    難しいところ
        同期するところ
        スレッドの実行順序に依存する
            再現性があったり無かったり // 99回は正常1回だけ異常というケースもある
        DBなどのリソースにアクセスできないということもある


そもそも論ですが、マルチスレッドはトランザクションが同時数十万～が発生するようなソフトウェア、ミドルウェアを開発するときに必要になるため、なかなか実際に書くケースは限られるということでした。(例えば、Apacheの中を書く、動画ストリーミングサーバーを書く、JVMを書くなど)


Javaにおけるマルチスレッドプログラミング

    言語仕様としてマルチスレッドをサポートしている
    基本的にはシングルスレッドで実行される
        ただ実際にはバックグラウンドで複数にマルチスレッドで動いている
        例えばGCなど
    mainスレッド
        mainスレッドがmainメソッドを呼び出す
        スレッドをオブジェクトとして扱う -> スレッドオブジェクト


<script>


    自分でスレッドを作って、実行する
    java.lang.Runnable を implements することが推奨されている
        継承を使わない
    runというインターフェイスを持っている
    run の中に処理を書く

 
<script>
 
 
<script>
 

    スレッドスケジューラーを実行するのは難しい
    確実に実行されるプログラムを書く
    スレッドがすべて終了するまで実行は終了しない


2つ以上のスレッドを実行する

    同じインスタンスを複数スレッドで使用するときは問題が発生する
        スレッドの競合
            順序は保証されない
            データを更新すると同期化が必要になる
            スレッドセーフではない、と言われる
        ただ、必ずしも問題が100%起こるわけではない
        ここがややこしい点
    synchronized をつけたメソッドはロックされて実行される
        プロセス内で1つしか無い


実際に実行してみると、同じコードなのに出力結果は変わり、その挙動が制御しにくそうなことは実感できました。


意外と知らない Java 5 で導入された便利機能

マルチスレッドの基本的な仕組みを理解できたところで、ここからはバージョンアップのたびに、制御できることが増えているので、それをバージョン毎に解説です。

    java.util.concurrentパッケージが導入された
        スレッドプール
            スレッドオブジェクトの生成･破棄は重い処理になる
            Webアプリケーションではお馴染みのDBアクセスをプールにする
        並行コレクション
            複数のデータをまとめるコレクションをパフォーマンス
            ArrayList や LinkedList、set map などをまとめる
            並行コレクションを使うと、同期化しながら読み書きできる
            並行コレクションは自分で書くのではなく使う
        アトミック変数
            トランザクションのような仕組みを変数に適用したもの
        カウンティング・セマフォ
            同時アクセス数を制限できる
    CopyOnWriteArrayList
        並行コレクション
        ArrayListに読み取りと書き込みが別々のスレッドが行われた場合、writeの場合はコピーを作って、そこに書き込む
        書き込み処理がアクセスしていないときに読みに行く
        若干パフォーマンスが落ちるときがある
        とはいえ synchronized するよりマシ
    CyclicBarrier
        名前の通りバリアをはる
        他のスレッドが来るまで待ち合わせする
        循環的に再利用できる
        処理速度が異なるスレッドを後でマージするような処理を書きたいときに使う



Java7の並行処理に関する新機能
Excecutorフレームワーク

    タスクの実行者と実行方法を分離できる
        ExecutorService interface が実行主体
        utility クラスが提供されているので、それを利用する
        これで不足する場合のみ implements しましょう
    自分で細かく制御できるようになった
        java.util.concurrent.Executors を使う
        `TimeUnit.SECONDS` というJDK5で新たに導入された時間指定のクラス
    スレッドが自動的に終了しないので、 shutdown という終了のメソッドを使う
    Executorの実装例

<script>
Callableインターフェイス

ここからは機能を解説いただきながら、サンプルコードを眺めます。

    スレッド間で処理を行うことができる
        ex. T1スレッドがFutureオブジェクトを作り，T2スレッドがそのFutureオブジェクトでsetの処理を行う
        set の処理が終わった段階で，T1がFutureからgetで値を取得する


Fork/Joinフレームワーク

    1+2+3+4･･･ の総和をスレッドで分割して、結果をマージできるような処理が書ける
    Fork/Joinクラスを使う


Java8 の並行処理に関する新機能

    あまり多くないが、StreamAPI を並列処理できるようになっている


最後に、JDK9, 10 ではトピックは無かったことを補足して、コースは終了しました。


まとめ

このコースではコードを実行して、挙動を確かめながら、マルチスレッドプログラミングを理解しました。(私は機能だけですが...)

マルチスレッドを使う場面は限られるものの、その制御が難しいこと、一方で、バージョンアップを重ねながら、スレッドを制御できるようにしていることがわかりました。このような機構を考えられる人がいるんですね。。

マルチスレッドで制御できるようになると、Javaアプリケーション自体の高速化をほとんど網羅したと言えるのではないでしょうか。そういった意味でマルチスレッドはよい区切りかも知れません。

ちなみにGo言語だとマルチスレッドが書きやすい、と言われています。対比すると面白いかも知れませんね。




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