Goにおける並列パターンと同期の実装
Goでは、効率的で信頼性の高い並列プログラムを書くのに役立ついくつかの並列プログラミングパターンと同期ツールがあります。いくつかの重要な概念とその実装方法を見ていきましょう。
並列パターン
ワーカープール
Goにおける一般的な並列パターンの1つは、ワーカープールです。このパターンでは、並列してタスクを処理できるワーカーゴルーチンのプールを作成します。これは、大規模なデータセットの処理や独立したネットワーク要求の実行など、並列化できるタスクに役立ちます。
以下は、Goにおける簡単なワーカープールの実装例です。
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
const numWorkers = 4
const numJobs = 10
var wg sync.WaitGroup
jobs := make(chan int, numJobs)
// ワーカーゴルーチンを起動
for i := 0; i < numWorkers; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
for job := range jobs {
fmt.Printf("Worker %d processing job %d\n", i, job)
}
}()
}
// ワーカープールにジョブを送信
for i := 0; i < numJobs; i++ {
jobs <- i
}
close(jobs)
wg.Wait()
}
この例では、ジョブを保持するチャネルと、チャネルからジョブを引き出して処理する4つのワーカーゴルーチンのプールを作成しています。sync.WaitGroup は、プログラムが終了する前にすべてのワーカーが完了することを確認するために使用されます。
パイプライン
Goにおけるもう1つの一般的な並列パターンは、パイプラインパターンです。このパターンでは、一連の段階を作成し、各段階がデータを処理して次の段階に渡します。これは、データを取得、変換、そして保存するなど、一連のステップでデータを処理する際に役立ちます。
以下は、Goにおける簡単なパイプラインの例です。
package main
import "fmt"
func main() {
// パイプラインの段階を作成
numbers := generateNumbers(10)
squares := squareNumbers(numbers)
results := printResults(squares)
// パイプラインを実行
for result := range results {
fmt.Println(result)
}
}
func generateNumbers(n int) <-chan int {
out := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < n; i++ {
out <- i
}
close(out)
}()
return out
}
func squareNumbers(in <-chan int) <-chan int {
out := make(chan int)
go func() {
for num := range in {
out <- num * num
}
close(out)
}()
return out
}
func printResults(in <-chan int) <-chan int {
out := make(chan int)
go func() {
for num := range in {
out <- num
}
close(out)
}()
return out
}
この例では、3つのパイプライン段階：generateNumbers、squareNumbers、および printResults を作成しています。各段階は、入力チャネルから読み取り、データを処理し、結果を出力チャネルに書き込む関数です。
同期ツール
Goは、共有リソースへの並列アクセスを調整し、競合状態を回避するためのいくつかの同期プリミティブを提供しています。
ミューテックス
sync.Mutex 型は、相互排他ロックであり、共有リソースを並列アクセスから保護するために使用します。同時に1つのゴルーチンのみがロックを保持できるため、コードの重要な部分が原子的に実行されることが保証されます。
var counter int
var mutex sync.Mutex
func incrementCounter() {
mutex.Lock()
defer mutex.Unlock()
counter++
}
ウェイトグループ
sync.WaitGroup 型を使用すると、複数のゴルーチンの実行が完了するまで待つことができます。これは、複数のゴルーチンの実行を調整する際に役立ちます。
var wg sync.WaitGroup
func doWork() {
defer wg.Done()
// 何か作業を行う
}
func main() {
for i := 0; i < 10; i++ {
wg.Add(1)
go doWork()
}
wg.Wait()
// すべてのゴルーチンが完了した
}
チャネル
Goにおけるチャネルは、ゴルーチン間で通信する強力なツールです。並列プロセス間でデータ、信号、同期プリミティブを渡すために使用できます。
func producer(out chan<- int) {
out <- 42
close(out)
}
func consumer(in <-chan int) {
num := <-in
fmt.Println("Received:", num)
}
func main() {
ch := make(chan int)
go producer(ch)
consumer(ch)
}
これらの並列パターンと同期ツールを組み合わせることで、共有リソースを効果的に管理し、競合状態を回避した効率的で信頼性の高い並列Goプログラムを書くことができます。
