List of Concurrency [text.Baldanders.info]

Go 1.27 のリリース

2026-08-30T05:40:23+00:00

先日 Go 1.27 がリリースされた。

個人的には encoding/json/v2 が（実験的実装じゃなくて）正式にリリースされたことが注目点かな。今はじっくり検証する暇がないので，とりあえずブックマークのみ載せておく。

go fix コマンドについては手持ちのパッケージで一度試したほうがいいかもなぁ。

参考図書

プログラミング言語Go - 丸善出版理工・医学・人文社会科学の専門書出版社: 明解で効率的なプログラムを描くための書。柴田　芳樹訳; Release 2016-06-15; 評価

[Comment] 著者のひとりは，あの “K&R” の K のほうである。この本は Go 言語の教科書と言ってもいいだろう。と思ったら絶版状態らしい（2025-01 現在）。復刊を望む！

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

[Comment] 版元で PDF 版を購入可能。事実上の Effective Go とも言える充実の内容。オリジナルは敢えてタイトルに “tips” という単語を入れるのを避けたのに邦題が「100 Tips」とかなっていて，原作者がお怒りとの噂（あくまで噂）

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

[Comment] 読書会のために購入。インプレス社の本は Kindle 版より版元で PDF 版を買うのがオススメ。「並行処理」について原理的な解説から丁寧に書かれている。 Go で解説されているが Go 以外の言語でも応用できる。

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

並行処理を待ち合わせる（WaitGroup と Barrier パターン）

2025-11-09T10:39:03+00:00

Go の goroutine は起動すると外側から直接制御する方法がない。とはいっても goroutine 間で同期を取ることは多く，そのための仕組みがいくつか提供されている。この記事では比較的簡単な実装である，複数の goroutine を待ち合わせる方法を紹介する。

タスクの完了を待ち合わせる

まずは5つの goroutine を起動し，それぞれ某かのタスクを実行するプログラムを考える。まずは素朴に以下のコードで¹。

package main
package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"time"
)

func main() {
	tasks := 5 // Number of tasks
	for t := range tasks {
		go func() {
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		}()
	}
	fmt.Println("All Complete")
}

（Go の関数は全て関数閉包（closure）として機能するため goroutine として定義した関数はループ変数 t を close over している。この for-range ブロックのループ変数 t は，ループするごとに新たにインスタンスが生成されている点に注意）

実際には，このコードはうまく動かない。実行するとこんな感じ：

$ go run sample1.go
All Complete

実はメイン goroutine が終了する際に他の goroutine も強制終了されてしまうため，このような結果になる。これを安直に解決する手段として，メイン goroutine を適当な時間スリープさせる方法がある。たとえばこんな感じ¹：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"time"
)

func main() {
	tasks := 5 // Number of tasks
	for t := range tasks {
		go func() {
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		}()
	}
	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("All Complete")
}

これを実行すると確かに

$ go run sample1b.go
Start Task: 5
Start Task: 4
Start Task: 2
Start Task: 1
Start Task: 3
End Task: 3
End Task: 5
End Task: 4
End Task: 1
End Task: 2
All Complete

などと一見うまく動いているようだが，このスリープ時間には根拠がないため（10秒もあれば全タスク完了してるやろ？），条件が変わればうまく動かなくなる可能性がある。

複数のタスクの完了を待ち合わせるために，標準パッケージには sync.WaitGroup が用意されている。使い方はこんな感じ：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	tasks := 5             // Number of tasks
	wg := sync.WaitGroup{} // WaitGroup to synchronize goroutines
	wg.Add(tasks)          // Add the number of tasks to the WaitGroup
	for t := range tasks {
		go func() {
			defer wg.Done() // Ensure Done is called when the goroutine completes
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		}()
	}
	wg.Wait() // Wait for all goroutines to finish
	fmt.Println("All Complete")
}

これは goroutine の総数があらかじめ分かっている場合だが goroutine 数が動的に変化する場合でも使える。

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	wg := sync.WaitGroup{} // WaitGroup to synchronize goroutines
	for t := 1; ; t++ {
		wg.Add(1) // Add a task to the WaitGroup
		go func() {
			defer wg.Done() // Ensure Done is called when the goroutine completes
			fmt.Println("Start Task:", t)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t)
		}()
		if rand.IntN(6) > 4 { // Randomly decide to stop adding tasks
			break
		}
	}
	wg.Wait() // Wait for all goroutines to finish
	fmt.Println("All Complete")
}

ポイントは goroutine を起動する直前に wg.Add(1) を呼び出すことである。実行結果はこんな感じ。

$ go run sample1d.go
Start Task: 3
Start Task: 1
Start Task: 2
End Task: 2
End Task: 1
End Task: 3
All Complete

for ブロックのループ変数について

先ほどのサンプルコードでは for ブロック

for t := 1; ; t++ {
    ...
}

で宣言したループ変数 t をそのまま goroutine 内で参照しているが，古いバージョンの Go では意図しない出力になる。これはループ変数 t が for ブロック内で単一のインスタンスになっていて，ループするごとに値が上書きされるためである。この問題を回避するために以下のように t を shadowing する方法が推奨されていた。

for t := 1; ; t++ {
    t := t // Shadowing to capture the current value of t
    ...
}

最近のバージョン（1.22 以降）では for ブロック内でループ変数が内部の関数（閉包）から直接参照されている場合は暗黙的に shadowing が行われる。上述のような記述は不要になったわけだ。

WaitGroup.Go メソッド

Go 1.25 で sync.WaitGroup に Go() メソッドが追加された。実装はこんな感じ。

// Go calls f in a new goroutine and adds that task to the [WaitGroup].
// When f returns, the task is removed from the WaitGroup.
//
// The function f must not panic.
//
// If the WaitGroup is empty, Go must happen before a [WaitGroup.Wait].
// Typically, this simply means Go is called to start tasks before Wait is called.
// If the WaitGroup is not empty, Go may happen at any time.
// This means a goroutine started by Go may itself call Go.
// If a WaitGroup is reused to wait for several independent sets of tasks,
// new Go calls must happen after all previous Wait calls have returned.
//
// In the terminology of [the Go memory model], the return from f
// "synchronizes before" the return of any Wait call that it unblocks.
//
// [the Go memory model]: https://go.dev/ref/mem
func (wg *WaitGroup) Go(f func()) {
	wg.Add(1)
	go func() {
		defer wg.Done()
		f()
	}()
}

つまり，Go() メソッド内部で Add(1) と Done() が呼び出され，かつ引数の関数 f を goroutine として起動する。これを使うと，以下のようにコードが簡潔になる。

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	tasks := 5             // Number of tasks
	wg := sync.WaitGroup{} // WaitGroup to synchronize goroutines
	for t := range tasks {
		wg.Go(func() {
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		})
	}
	wg.Wait() // Wait for all goroutines to finish
	fmt.Println("All Complete")
}

この辺も定番の慣用句（idiom）だったので，Go() メソッドの追加は嬉しい改善点と言えるだろう。

タスクの開始を待ち合わせる

前節とは異なり，特定の条件が成立するまで各 goroutine を停止し，条件が成立したら一斉に実行を再開したい場合がある。条件が成立するまでタスクを止めるため，この実装パターンをバリア（Barrier）と呼ぶ。

Go の標準パッケージにはバリア・パターンを直接提供する仕組みはないが，条件変数を制御する sync.Cond を用いて比較的簡単に実装できる。

前節のコードを元に，指定した数の goroutine の起動が揃うまで待機し，揃った時点で一斉にタスクを開始するコードを実装してみよう。まずはバリアパターンを駆動する構造体 Barrier を定義する。

type Barrier struct {
	total int // Number of goroutines to wait for
	count int // Current count of arrived goroutines
	cond  *sync.Cond // Condition variable to manage waiting and signaling
}

この構造体の初期化関数を以下のように定義する。

func NewBarrier(total int) *Barrier {
	return &Barrier{
		total: total,
		count: 0,
		cond:  sync.NewCond(&sync.Mutex{}),
	}
}

さらに Barrier に対して Wait() メソッドを定義する。

func (b *Barrier) Wait() {
	b.cond.L.Lock()         // Acquire the lock before modifying count
	defer b.cond.L.Unlock() // Ensure the lock is released when done
	b.count++               // Increment the count of arrived goroutines
	if b.count >= b.total {
		b.count = 0
		b.cond.Broadcast() // Wake up all waiting goroutines
	} else {
		b.cond.Wait() // Wait until the barrier is released
	}
}

Wait() メソッドが呼ばれるたびに count がインクリメントされ，count が total に達したら cond.Broadcast() メソッドで全ての待機中 goroutine を起こす。

Barrier を使った main() 関数はこんな感じ：

func main() {
	tasks := 5                   // Number of tasks
	barrier := NewBarrier(tasks) // Create a barrier for the tasks
	for t := range tasks {
		go func() {
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(3)+1) * time.Second) // Simulate preparation time
			fmt.Println("Ready Task:", t+1)
			barrier.Wait() // Wait at the barrier
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		}()
	}
	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("All Complete")
}

これを実行するとこんな感じになる。

$ go run sample2.go
Ready Task: 2
Ready Task: 3
Ready Task: 1
Ready Task: 4
Ready Task: 5
Start Task: 5
Start Task: 4
Start Task: 3
Start Task: 2
Start Task: 1
End Task: 2
End Task: 1
End Task: 3
End Task: 4
End Task: 5
All Complete

各 goroutine とも Ready 状態が揃ってからタスクを開始しているのが分かる²。

さらにこれに前節の完了待ち合わせ機能を入れたコード全体は以下の通り：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand/v2"
	"sync"
	"time"
)

type Barrier struct {
	total int        // Number of goroutines to wait for
	count int        // Current count of arrived goroutines
	cond  *sync.Cond // Condition variable to manage waiting and signaling
}

func NewBarrier(total int) *Barrier {
	return &Barrier{
		total: total,
		count: 0,
		cond:  sync.NewCond(&sync.Mutex{}),
	}
}

func (b *Barrier) Wait() {
	b.cond.L.Lock()         // Acquire the lock before modifying count
	defer b.cond.L.Unlock() // Ensure the lock is released when done
	b.count++               // Increment the count of arrived goroutines
	if b.count >= b.total {
		b.count = 0
		b.cond.Broadcast() // Wake up all waiting goroutines
	} else {
		b.cond.Wait() // Wait until the barrier is released
	}
}

func main() {
	tasks := 5                   // Number of tasks
	barrier := NewBarrier(tasks) // Create a barrier for the tasks
	wg := sync.WaitGroup{}       // WaitGroup to synchronize goroutines
	wg.Add(tasks)                // Add the number of tasks to the WaitGroup
	for t := range tasks {
		go func() {
			defer wg.Done()                                         // Ensure Done is called when the goroutine completes
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(3)+1) * time.Second) // Simulate preparation time
			fmt.Println("Ready Task:", t+1)
			barrier.Wait() // Wait at the barrier
			fmt.Println("Start Task:", t+1)
			time.Sleep(time.Duration(rand.IntN(5)+1) * time.Second) // Random duration between 1 and 5 seconds
			fmt.Println("End Task:", t+1)
		}()
	}
	wg.Wait() // Wait for all goroutines to finish
	fmt.Println("All Complete")
}

起動条件は何でもいい。今回のように決められた数の goroutine が揃ったら即起動でもいいし，特定の時刻が来たら待機中の goroutine を起こすでもいいだろう。 Channel と組み合わせる方法もあるかも知れない。

ブックマーク

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

[Comment] 著者のひとりは（あの「バイブル」とも呼ばれる）通称 “K&R” の K のほうである。この本は Go 言語の教科書と言ってもいいだろう。と思ったら絶版状態らしい（2025-01 現在）。復刊を望む！

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

初めてのGo言語第2版 ―他言語プログラマーのためのイディオマティックGo実践ガイド: Jon Bodner (著), 武舎広幸 (翻訳); オライリー・ジャパン 2025-08-05 (Release 2025-08-05); 単行本（ソフトカバー）; 4814401191 (ASIN), 9784814401192 (EAN), 4814401191 (ISBN); 評価

[Comment] 第2版。 Generics の説明が大幅に改訂されたらしい。練習問題も追加されている。

reviewed by Spiegel on 2025-11-02 (powered by PA-APIv5)

for i := range n { ... } は Go 1.22 で導入された range over int と呼ばれる構文で，for i := 0; i < n; i++ { ... } と同じ意味になる。糖衣構文（syntactic sugar）の一種ですな。 ↩︎ ↩︎
今回の記事は『Go言語で学ぶ並行プログラミング』を参考にしている。 sync.Cond の Broadcast() メソッドは待機中の全ての goroutine を起こすため，実際には起こされたタイミングで本当に条件を満たしているかどうか確認する処理が必要かもしれない。もし条件を満たしていなければ再び Wait() する。 ↩︎

“Philosophers” を Go で解く（CLI）

2025-09-03T09:34:53+00:00

コマンドライン・インタフェース

実際に問題を解く前にコマンドライン・インタフェースを整えておく。 CLI には spf13/cobra パッケージを使用する。詳細については，ちょっと古い内容だが「Cobra でテストしやすい CLI を構成する」を参考にどうぞ。この記事では結果だけ示す。

$ go run github.com/spiegel-im-spiegel/philo -h
Simulation for philosophers' problem.

Usage:
  philo [flags]
  philo [command]

Available Commands:
  help        Help about any command
  version     print the version number

Flags:
      --debug   for debug
  -h, --help    help for philo

Use "philo [command] --help" for more information about a command.

なおリポジトリは以下にある。

Philosophers - I never thought philosophy would be so deadly

パラメータの定義

問題で指示されているパラメータを今一度挙げる。

シンボル型説明

NumPhilos int 哲学者およびフォークの数（$\ge 2$）

TimeDie int 餓死するまでの時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）

TimeEat int 「食べる」時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）

TimeSleep int 「眠る」時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）

TimeThink int 「考える」時間（$\ge 0\,\mathrm{ms}$）

NumEat int 各哲学者が最低限食事を行う回数（$\ge 0$）

これをコマンドラインから設定できるようにする。先に指定したパラメータを格納する型を定義しよう。

// Params holds tunable configuration values for a Dining Philosophers simulation.
type Params struct {
	NumPhilos int // Total number of philosophers (and forks). Must be >= 2.
	TimeDie   int // Maximum time in milliseconds a philosopher can go without eating before being considered dead.
	TimeEat   int // Time in milliseconds a philosopher spends eating (holding both forks).
	TimeSleep int // Time in milliseconds a philosopher sleeps after eating.
	TimeThink int // Optional target time in milliseconds a philosopher thinks after sleeping.
	NumEat    int // Optional target number of meals each philosopher must consume; if == 0 the simulation runs until a death occurs.
}

// String returns a human-readable summary of the Params configuration,
// listing the number of philosophers, each lifecycle duration (die, eat,
// sleep, think in milliseconds), and the required number of meals.
// Example:
//
//	Philosophers: 5, Die: 800ms, Eat: 200ms, Sleep: 200ms, Think: 0ms, Eat Count: 3
func (p *Params) String() string {
	return fmt.Sprintf("Philosophers: %d, Die: %dms, Eat: %dms, Sleep: %dms, Think: %dms, Eat Count: %d",
		p.NumPhilos, p.TimeDie, p.TimeEat, p.TimeSleep, p.TimeThink, p.NumEat)
}

いやぁ，今どきは AI がコメントを書いてくれるから楽でいいね（笑）これを前節の CLI と接続する。こんな感じ。

$ go run github.com/spiegel-im-spiegel/philo -h
Simulation for philosophers' problem.

Usage:
  philo [flags]
  philo [command]

Available Commands:
  help        Help about any command
  version     print the version number

Flags:
      --debug              for debug
  -h, --help               help for philo
  -m, --must-eat int       number of times each philosopher must eat (default 3)
  -p, --philosophers int   number of philosophers (default 5)
  -d, --to-die int         time to die (ms) (default 200)
  -e, --to-eat int         time to eat (ms) (default 20)
  -s, --to-sleep int       time to sleep (ms) (default 80)
  -t, --to-think int       time to think (ms) (default 80)

Use "philo [command] --help" for more information about a command.

デフォルト値は適当で。今のところはパラメータの内容を表示するだけの処理にしておく。

$ go run github.com/spiegel-im-spiegel/philo -h
Philosophers: 5, Die: 200ms, Eat: 20ms, Sleep: 80ms, Think: 80ms, Eat Count: 3

CLI 部分はここまで。これで本来のシミュレーション・ロジックを組み込む準備は完了である。次回から実際に問題を解いていく。

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Goならわかるシステムプログラミング第2版: 渋川よしき (著), ごっちん (イラスト); ラムダノート 2022-03-23; 単行本（ソフトカバー）; 4908686122 (ASIN), 9784908686122 (EAN), 4908686122 (ISBN); 評価

[Comment] 第1版はとてもためになる内容だったので第2版も PDF 版で確保しておく。

reviewed by Spiegel on 2022-10-08 (powered by PA-APIv5)

“Philosophers” を Go で解く（問題編）

2025-09-02T06:05:52+00:00

先日書いた読書感想文の最後の方で「食事する哲学者の問題」を紹介したが，今回から数回に渡ってこの問題を Go で解く記事を書いてみる。

読書会で教えて頂いたテキストは “Philosophers - I never thought philosophy would be so deadly” というのだが，ググっても（フリーで使えそうな）オリジナルっぽい文書が見つからないので，問題について説明するところから始めたいと思う（今回のために多少アレンジしている。あしからず）。

基本ルール

まず，基本のルールについて。

円卓に2人以上の哲学者が座っている
哲学者は「食べる」→「眠る」→「考える」のローテーションを逐次繰り返す。哲学者間で行動の差異はない
- 「食べる」間は「眠る」「考える」を行わない
- 「眠る」間は「食べる」「考える」を行わない
- 「考える」間は「食べる」「眠る」を行わない
円卓の中央には大きなスパゲッティボールがあり，哲学者は食事の際はそれぞれボールからスパゲッティを取って「食べる」
スパゲッティを取って食べるためのフォークは哲学者の人数分だけあり，各哲学者から見て左右に1本ずつ配置されている
「食べる」際はフォークが必ず2本必要。各哲学者は左右にある2本のフォークを取って「食べる」を開始する（他のフォークは使わない）
- フォークを使っている間は他の哲学者は同じフォークを使えない
- 「食べる」が終わったらフォークを戻し，他の哲学者が使えるようにする
「食べる」が終わったら「眠る」を開始する。「眠る」は一定時間行う
「眠る」が終わったら「考える」を開始する。「考える」は次の「食べる」を開始するまで継続する
哲学者はお互いの状態を知らず，コミュニケーションすることもない
哲学者は一定時間「食べる」をしないと餓死する

スパゲッティ・フォーク・哲学者の配置を簡単に図示してみる（図は哲学者が5人の場合）。

via “SE 350 Textbook Notes - Sentences” (CC-BY-NC)

同じフォークを哲学者同士で使い回すんかい！とか，スパゲッティの補充はどうするの？とか生々しい話はいったん考えない。まぁ，哲学者って ~~頭おかしい~~ 変わり者が多そうだし（笑）

このルール下で餓死者を出さずに全員が一定回数以上食事を行うにはどうすればいいか，という問いである。このシミュレーションを Go で組んでみよう，というわけだ。

パラメータおよび終了条件

シミュレーションに必要な各種パラメータを以下に示す。

シンボル	型	説明
`NumPhilos`	`int`	哲学者およびフォークの数（$\ge 2$）
`TimeDie`	`int`	餓死するまでの時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）
`TimeEat`	`int`	「食べる」時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）
`TimeSleep`	`int`	「眠る」時間（$\gt 0\,\mathrm{ms}$）
`TimeThink`	`int`	「考える」時間（$\ge 0\,\mathrm{ms}$）
`NumEat`	`int`	各哲学者が最低限食事を行う回数（$\ge 0$）

シミュレーションの終了条件は以下の通り：

哲学者はシミュレーション開始または食事を開始してから TimeDie ミリ秒以内に次の食事を始めないと餓死する
哲学者の誰か1人が餓死した場合または全員が NumEat 回以上食事を行った場合はシミュレーションを終了する
- デッドロックを検出した場合は餓死確定とみなしてシミュレーションを終了する（Go ランタイムの標準機能¹）
- NumEat が 0 の場合は誰かが餓死しない限り処理を継続する

その他注意事項およびヒント

パラメータを含め，変数をグローバル変数として配置しない
以下のイベントに対してログを出力する。タイムスタンプはミリ秒単位
- 哲学者 X がフォークを持った
- 哲学者 X がフォークを戻した
- 哲学者 X が「食べる」を開始した
- 哲学者 X が「寝る」を開始した
- 哲学者 X が「考える」を開始した
- 哲学者 X が餓死した
シミュレーション部分に関しては Go の標準パッケージのみ使用する
哲学者の行動は goroutine による並行処理として実装する
フォークは哲学者間の共有資源とみなし mutex を使って排他制御を行う²
スパゲッティは無尽蔵かつ専有不可であるとみなし，排他制御の対象としない

こんなところかな。さぁ，みんなで考えよう！（続く）

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Goならわかるシステムプログラミング第2版: 渋川よしき (著), ごっちん (イラスト); ラムダノート 2022-03-23; 単行本（ソフトカバー）; 4908686122 (ASIN), 9784908686122 (EAN), 4908686122 (ISBN); 評価

[Comment] 第1版はとてもためになる内容だったので第2版も PDF 版で確保しておく。

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Go ランタイムは全ての goroutine が停止するとデッドロックとみなしてプロセスを終了する。なお Sleep 等のタイマーやネットワーク通信などの一時停止状態は除く。 ↩︎
Go の標準パッケージでは semaphore は（ユーザが利用できる形では）提供されていない。事実上の準標準パッケージとしては golang.org/x/sync/semaphore が重み付きセマフォ（weighted semaphore）として公開されている。 ↩︎

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は必読書である（夏の読書感想文2）

2025-08-23T14:16:37+00:00

夏の読書感想文。『にぎやかな未来』に続いて今回は『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の感想文。

今年の1月から始まったオンライン読書会は第7回で無事に終了。この記事ではあまり深堀りせず「訳者あとがき」やオンライン読書会の話などを中心にさらっと書いてみる。なお『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は版元で PDF 版が買える。もしデジタル版をご所望であれば PDF 版を購入することを強くお勧めする。

オンライン読書会は翻訳者の柴田芳樹さんが主催者なのだが，柴田芳樹さんといえば Java の技術参考書の翻訳本でも有名な方で，今回の読書会でも Java との対比で解説されることも多々あり，非常に勉強になった。サンプルコードなどは，タイトル通り Go 言語が前提になっているが，内容としては特定のプログラミング言語に限ることなく普遍的な内容になっている。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は大きく三部構成になっている。

第1部並行プログラミングの基礎
第2部メッセージパッシング
第3部並行処理のさらなるトピック

大雑把な内容はこんな感じ。

「第1部並行プログラミングの基礎」では、Go 言語に限定せず、並行プログラミングについての多くの基礎的な事柄が説明されています。したがって、他のプログラミング言語での開発においても役立つ知識となるでしょう。実際、私自身も Go 言語を学ぶまでは、この第1部で紹介される技法だけで長年プログラミングを行ってきました。

「第2部メッセージパッシング」では、Go 言語が提供するチャネルを中心に解説しています。そのため、内容の多くは Go 言語に特化しており、 Go でプログラミングを行う開発者にとって必須の知識となります。

「第3部並行処理のさらなるトピック」は高度なトピックを扱っていますが、開発者として知っておくべき重要な領域です。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』訳者あとがきより

基本的に最初から順に読んでいくのがオススメだが，特に第1部と第3部は全てのプログラマが読むべき内容だと思う。第2部は CSP (communicating sequential processes) と呼ばれる並行処理モデルについて詳しく解説している。具体的には Go のチャネルを使ったデザインパターンを紹介している。

並行プログラミングを Go で書く強みは，カーネルレベルスレッドとユーザーレベルスレッドを組み合わせた極軽量¹ な M:N スレッディングモデルと第一級オブジェクト（first-class object）として実装されているチャネルにある。例えば，大量の軽量スレッドとチャネルを組み合わせたパイプライン・パターンを使った素数探索コードを紹介している。 “Go Playground” でもサンプルコードとして “Concurrent Prime Sieve” が例示されているので見比べてみると面白いかもしれない²。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』には Go では今や一般的になった context パッケージについての言及がない³。その代わりもう少し簡単な quit チャネルを使ったパターンを紹介している。 Go 以外の言語で考える場合や context パッケージがとっつきにくいと感じる人は9章で登場する quit チャネルを使ったパターンで考えるほうが分かりやすいかもしれない。

「訳者あとがき」に書かれているが『Go言語で学ぶ並行プログラミング』にはメモリモデルについての言及がない。 Go の場合は公式ドキュメントとして “The Go Memory Model” が公開されているので，一度は目を通しておくとよいだろう。でもドキュメントの冒頭に

If you must read the rest of this document to understand the behavior of your program, you are being too clever.

via The Go Memory Model

とか書いてあったりするので，沼らない程度にさらっと見るくらいでいいだろう⁴（笑）

他にも「訳者あとがき」には本編にはない有用な情報が書かれているので最後まで余さず読んでみてほしい。

以前は『Go 言語による並行処理』をお勧めしていたが，今なら断然『Go言語で学ぶ並行プログラミング』のほうをお勧めする（併せて読むとなおよし）。まぁ，あとから出た本のほうがよく出来てるのは当然なんだろうけど。斬新というわけではないが，並行プログラミングを書く際の基本を押さえた堅実な内容だと思う。

以下は余談：

とあるオンライン読書会の雑談で出てきた話題なのだが「食事する哲学者の問題（dining philosophers problem）」というのがあるそうな。

簡単に言うとこんな感じに円卓に複数の哲学者がいて食事をするのだが

via File:Dining philosophers diagram.jpg - Wikimedia Commons

食事にはひとりあたり2つのフォークが必要なのに人数分しか用意されていない。そのままだとフォークの取り合いによるデッドロックが発生してしまうわけだ。デッドロックによる飢餓（starvation）が発生しないようにするにはどうするか，という問題である（他にもいくつか条件があるが割愛する）。

並行プログラミングの練習問題として丁度いいよね。これを Go で解くことを「夏休みの自由研究」にしようかと思っていたのだが，もたもたしてるうちに夏が終わりそうである。

【2025-09-02 追記】 「“Philosophers” を Go で解く」で「食事する哲学者の問題」の検討を始めた。

ブックマーク

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

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プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

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Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

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Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Goroutine ごとに割り当てられる初期のスタックサイズは数KB程度で非常に軽量である。さらに処理に応じて動的にスタックサイズが変化する。 ↩︎
パイプライン・パターンを使った素数探索は，残念ながら速くない。これは素数探索に使える最適化アルゴリズムが使えず，発見した素数の数だけフィルタ処理を行う goroutine が生成されてしまうため。 “Concurrent Prime Sieve” は main() 関数で指定した数だけ素数を探すのだが，たとえば100個の素数を探す場合は最大で100個の goroutine が生成され goroutine 間を繋ぐチャネルも同じ数だけ生成される。多数のスレッド（goroutine）を苦もなく生成・駆動・通信する例としては面白いと思うけどね。 ↩︎
context パッケージについては『Go言語 100Tips』の8章〜9章で触れられている。また『Go言語による並行処理』の4.12節にも詳しい解説がある。 ↩︎
Go のメモリモデルについては『Go言語 100Tips』の8.4.2節に言及がある。 ↩︎

「並行」と「並列」と「非同期」

2025-07-28T02:24:04+00:00

面白い記事を見かけたので

Asynchrony is not Concurrency | Loris Cro’s Blog

今回はこの記事を起点につらつらと書いてみる。

「並行」と「並列」と「非同期」

プログラミングおよびシステム設計に於いて「並行」と「並列」は意味が違うよ，というのはよく言われるし，私も Go 言語関連の話で紹介したことがある。その一方で「非同期」と「並行」は違うよね，という話は確かにあまり聞かない。先程挙げた記事では

Asynchrony: the possibility for tasks to run out of order and still be correct.

Concurrency: the ability of a system to progress multiple tasks at a time, be it via parallelism or task switching.

Parallelism: the ability of a system to execute more than one task simultaneously at the physical level.

via Asynchrony is not Concurrency

つまり「並行」と「並列」は能力（ability）だが「非同期」は実行順序の可能性（possibility）であると説明されている。あるいは順序の自由度の問題と言い換えたらいいだろうか。

ここでプログラミング言語 Zig のコードが登場する。たとえば Zig による非同期処理は io.async を使って以下のように記述するそうなのだが

// assume that server.listen has already been called
io.async(Server.accept, .{server, io});
io.async(Client.connect, .{client, io});

via Asynchrony is not Concurrency

io.async はシングルスレッドのブロッキングモードで動作するため，上のコード例の場合，一方の処理が他方の処理でブロックされてしまい並列処理にはならないらしい。この挙動はユーザレベルスレッド¹ の特性に近い（Zig の実装が実際にどうなっているかは知らないが）。

ユーザーレベルスレッドの主な利点は性能です。ユーザーレベルスレッドのコンテキストスイッチは、カーネルレベルスレッドのコンテキストスイッチよりも高速です。なぜなら、カーネルレベルのコンテキストスイッチでは、オペレーティングシステムが介入して次に実行するスレッドを選択する必要があるからです。カーネルを呼び出さずに実行を切り替えることができれば、実行中のプロセスは、キャッシュをフラッシュして処理速度を低下させる必要がなく、CPU を保持し続けられます。

ユーザーレベルスレッドを使うことの不都合な点は、ブロッキング I/O 呼び出しを行うコードを実行するときに現れます。ファイルからの読み込みが必要な状況を考えてみましょう。オペレーティングシステムはプロセスを 1 つの実行のスレッドと見なすため、ユーザーレベルスレッドがこのブロッキング読み込み呼び出しを実行すると、プロセス全体がスケジュールから外されます。同じプロセス内に他のユーザーレベルスレッドが存在する場合、読み込み操作が完了するまで、それらのスレッドは実行されません。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.33-34より

正しく並行処理として記述したいなら

try io.asyncConcurrent(Server.accept, .{server, io});
io.async(Client.connect, .{client, io});

via Asynchrony is not Concurrency

という感じにコードで明示する必要があるそうな。

拙文「goroutine はグリーンスレッドではない」でも書いたが Go の goroutine はカーネルレベルスレッドとユーザレベルスレッドのハイブリッドになっていて，非同期かつ並行な処理を記述することが出来る。なので非同期と並行を分離して考えることはないし，その必要もない（そのぶんランタイム側で制御するスケジューリングが複雑になるんだけど）。強いて言うなら Go のメモリモデルについて注意が必要といったところか。

Zig のように非同期処理と平行処理を明示的に分離して記述するのは面白いと思う²。より低レベルな処理に気を配らないといけないので，コード設計が面倒くさいっちゃあ面倒くさいんだけどね。

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Goならわかるシステムプログラミング第2版: 渋川よしき (著), ごっちん (イラスト); ラムダノート 2022-03-23; 単行本（ソフトカバー）; 4908686122 (ASIN), 9784908686122 (EAN), 4908686122 (ISBN); 評価

[Comment] 第1版はとてもためになる内容だったので第2版も PDF 版で確保しておく。

reviewed by Spiegel on 2022-10-08 (powered by PA-APIv5)

“Asynchrony is not Concurrency” ではユーザレベルスレッドをグリーンスレッドと呼んでいるように見える。なおグリーンスレッドは元々 Java の用語で，しかもバージョンごとに意味が変遷しているらしいので，この記事では「グリーンスレッド」という用語は使わないことにする。詳しくは拙文「goroutine はグリーンスレッドではない」を参考にどうぞ。 ↩︎
“Async Rust Is A Bad Language” では Rust における非同期処理の問題点が挙げられていて，最後に “Maybe Rust isn’t a good tool for massively concurrent, userspace software” とまで書かれていて笑ってしまった。みんな苦労してるんだなぁ。 ↩︎

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の練習問題より

2025-04-17T10:47:01+00:00

今回は読書会じゃなくて Bluesky からのネタ¹。

Go言語で学ぶ並行プログラミングの4章の hello world みたいな練習問題、すでにめっちゃ難しいんだけど、この答えの 26行目は lock とらないでいいの？ (4.3 練習問題 1) github.com/cutajarj/Con...

[image or embed]
— ikawaha (@ikawaha.bsky.social) April 16, 2025 at 11:57 PM

「4.3 練習問題」の1というのがこれ。

リスト 4.15（もともとは第 3 章から）は、共有変数へのアクセスを保護するためのミューテックスを使っていません。これは悪い習慣です。このプログラムを変更して、共有変数 seconds へのアクセスをミューテックスで保護するようにしてください。ヒント：変数をコピーする必要があるかもしれません。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』4.3節よりより

んで「リスト 4.15」というのがこちら：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
func countdown(seconds *int) {
    for *seconds > 0 {
        time.Sleep(1 * time.Second)
        *seconds -= 1
    }
}

func main() {
    count := 5
    go countdown(&count)
    for count > 0 {
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        fmt.Println(count)
    }
}

簡単なカウントダウンのプログラムだけど，カウントダウンを goroutine で実行しているのがポイント。 main() の count 変数が2つの goroutine で使われているの（countdown() 関数側は seconds）がお分かりだろうか。

で，この問題の回答は GitHub リポジトリで公開されている。こんな感じ：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func countdown(seconds *int, mutex *sync.Mutex) {
    mutex.Lock()
    remaining := *seconds
    mutex.Unlock()
    for remaining > 0 {
        time.Sleep(1 * time.Second)
        mutex.Lock()
        *seconds -= 1
        remaining = *seconds
        mutex.Unlock()
    }
}

func main() {
    mutex := sync.Mutex{}
    count := 5
    go countdown(&count, &mutex)
    remaining := count
    for remaining > 0 {
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        mutex.Lock()
        fmt.Println(count)
        remaining = count
        mutex.Unlock()
    }
}

上で強調している行はロック取ってないよね，というのが最初のポストの内容というわけだ。

ちょっとややこしいのだが，もともとこの練習問題の回答としては

func main() {
    mutex := sync.Mutex{}
    count := 5
    go countdown(&count, &mutex)
    for count  > 0 {
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        mutex.Lock()
        fmt.Println(count)
        mutex.Unlock()
    }
}

が提示されていたらしい（countdown() 関数は省略して main() 関数のみ挙げている）。これだと for ループの条件文で count を直接参照しているので拙いよね，という指摘があったのだが，この指摘に対応しようとして失敗しているように見える。

おそらく main() 関数を修正するのであれば以下が妥当だと思う。

func main() {
    mutex := sync.Mutex{}
    count := 5
    remaining := count
    go countdown(&count, &mutex)
    for remaining > 0 {
        fmt.Println(remaining)
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        mutex.Lock()
        remaining = count
        mutex.Unlock()
    }
}

まず remaining 変数の初期化宣言を goroutine 起動前に行う。さらに for ループ内の fmt.Println() を remaining 変数を参照するよう変更する（こうすることで fmt.Println() をロックの外に出せる。なお，上のコードではカウント 0 を出力しないよう fmt.Println() 関数の位置を変えている）。

といったところだろうか。

問題は最初の回答コードでも，その後の不完全修正コードでも，たぶん支障なく動いてしまうところなんだよね。だってカウントダウンさせてる int 型の共有変数を参照してるだけだもん。参照時に多少の不整合が起きても，おそらく見た目では分からない。

著者の方も指摘に対して

Thank you for spotting this. This is proof that race conditions are easy to miss!

via GitHub Issue #2

と返しておられる通り，並行処理のデバッグがいかに難しいか分かる。ただ，共有変数 count へアクセスする際に「不変式が真²」であることをきちんと保証するためには，この実装をサボってはいけない。

Go に詳しい方なら「for 文で回さなくても channel を使えばいいし，なんなら atomic パッケージも使えるぢゃん」と思うだろう（そしてそれは正しい）が『Go言語で学ぶ並行プログラミング』では4章でようやく sync.Mutex が登場したところで， channel は7章， atomic パッケージは12章で登場する。あしからず。なお『Go言語で学ぶ並行プログラミング』本編には言及が見当たらないが sync.Mutex は再入不可である³。

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

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Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

𝕏 の TL はホンマにウザいので，エンジニアの方々は Bluesky に来て欲しい，マジで。 ↩︎
不変式の話は『プログラミング言語Go』に出てくる。また『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の「訳者あとがき」でも『プログラミング言語Go』の内容を紹介する形で説明がある。でも『プログラミング言語Go』は絶版状態なんだよなぁ orz ↩︎
再入云々については『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の「訳者あとがき」に解説がある。たとえば Java のミューテックスは再入可能なため，その辺の差異について認識しておく必要がある。 ↩︎

条件変数とセマフォ（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会3回目）

2025-03-22T14:49:15+00:00

「第3回『Go言語で学ぶ並行プログラミング』オンライン読書会」の話題より。ちなみに第2回は記事にしていない。あしからず。

条件変数

条件変数（condition variable）は，ミューテックス（mutex）と組み合わせて，並行処理を特定の条件が発生するまで待たせたいときに使う。

Go では標準パッケージの sync.Cond 型で提供されている。こんな感じで使う。

cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})

ちなみに Java では

final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition condLock  = lock.newCondition();

みたいな感じにミューテックス・インスタンスから生成する。おそらく言語やライブラリやフレームワークによって色々あるだろう。

それはさておき『Go言語で学ぶ並行プログラミング』に出ていた例題は

Stingy と Spendy の２人の登場人物（goroutine）
２人は共通の銀行口座を持っていて現在100ドルの残高がある
Stingy は毎回10ドルずつ100万回入金する
Spendy は毎回50ドルずつ20万回出金する
銀行口座の残高をマイナスにしてはいけない（← ここが条件変数の条件）

という要件で入出金の様子をコードで書くというもの。過程をすっ飛ばして最終形を挙げておく。

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    money := 100
    mutex := sync.Mutex{}
    cond := sync.NewCond(&mutex)
    go stingy(&money, cond)
    go spendy(&money, cond)
    time.Sleep(2 * time.Second)
    mutex.Lock()
    fmt.Println("Money in bank account: ", money)
    mutex.Unlock()
}

func stingy(money *int, cond *sync.Cond) {
    for i := 0; i < 1000000; i++ {
        cond.L.Lock()
        *money += 10
        cond.Signal()
        cond.L.Unlock()
    }
    fmt.Println("Stingy Done")
}

func spendy(money *int, cond *sync.Cond) {
    for i := 0; i < 200000; i++ {
        cond.L.Lock()
        for *money < 50 {
            cond.Wait()
        }
        *money -= 50
        if *money < 0 {
            fmt.Println("Money is negative!")
            os.Exit(1)
        }
        cond.L.Unlock()
    }
    fmt.Println("Spendy Done")
}

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』第5章より

spendy() 関数内 cond.Wait() の動作は分かりにくいかもしれないが，内部ではミューテックスを解放して待ち状態に入っている。その後 Signal() を受け取ったらミューテックスを再取得して続きの処理を再開する。ここで *money < 50 の条件に合致すればループを抜けて出金操作を行うわけだ（合致しなければ再び Wait()）。

このコードの注意点は2つ。ひとつは Signal() や Wait() の前後は必ず Lock() ... Unlock() で囲っておくこと。もうひとつは Wait() 付近で条件を記述する際は if 文ではなく for 文でループを構成すること。後者はわかりやすいよね。前者は，たとえば以下のようなコードがあって

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

/*
Note: this program has a bug for demonstration purposes
We demonstrate how to fix this problem in the next listing
*/
func doWork(cond *sync.Cond) {
    fmt.Println("Work started")
    fmt.Println("Work finished")
    cond.Signal()
}

func main() {
    cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})
    cond.L.Lock()
    for i := 0; i < 50000; i++ {
        go doWork(cond)
        fmt.Println("Waiting for child goroutine")
        cond.Wait()
        fmt.Println("Child goroutine finished")
    }
    cond.L.Unlock()
}

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』第5章より

これを実行すると大抵は（Wait() で受ける相手が起動する前に Signal() を投げちゃうので）デッドロック状態になるのだが¹，状態によっては上手く動いてしまうことがあるのよ。動いたり動かなかったりするってのが一番厄介。

ちなみに Java の条件変数の場合は，ロックをせずにシグナルを投げようとすると例外が発生するらしい。

そういえばシグナルを投げるメソッドには Broadcast() もあり，こちらは Wait() で一時停止している全ての goroutine が起こされる。 Signal() と Broadcast() のどちらを使うかは状況によると思うが，読書会主催の柴田芳樹さんは対象の goroutine のうちどれが起きるのか明確に分からない場合は（ひとつだけ起こしたい場合でも）なるべく Signal() ではなく Broadcast() を使うべきだと言っておられた。 Wait() で待ち状態になっている側も，どういうタイミングで起こされるか分からないので，起こされたら必ず条件判定を行って条件に合致しなければ再び Wait() するという処理が必要になる。だからループを構成するんだねぇ。

書き込み優先な RWMutex

Go では，共有資源に対して

書き込みを行うスレッド（goroutine）はひとつだけ
読み込み専用スレッドは複数ある

場合に読み込み側と書き込み側で優先度の異なるロックをかける sync.RWMutex 型ってのがある。『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の第4章では，標準の sync.RWMutex を使わずリーダー・ライター・ミューテックスを自作している。

ただし第4章で作ったのは読み込み優先の実装だったので，読み込み側が次々とロックを取ってしまうと，いつまで経っても書き込み側がロックを取れない事態になる²。この場合はデッドロックにもならないので，これはこれで厄介である。これを解消するためには書き込み側を優先するロックにする必要がある。第5章では，条件変数を用いて，自作リーダー・ライター・ミューテックスを書き込み優先に修正するくだりがある。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は比較的簡単なサンプルコードで仕組みを紹介しているのがとてもいいと思う。

ちなみに標準の sync.RWMutex は書き込み優先である。

If any goroutine calls RWMutex.Lock while the lock is already held by one or more readers, concurrent calls to RWMutex.RLock will block until the writer has acquired (and released) the lock, to ensure that the lock eventually becomes available to the writer. Note that this prohibits recursive read-locking. A RWMutex.RLock cannot be upgraded into a RWMutex.Lock, nor can a RWMutex.Lock be downgraded into a RWMutex.RLock.

だから第4章では標準の sync.RWMutex を使わなかったんだねぇ。ここで繋がったよ（笑）

セマフォ

セマフォ（semaphore）は並行処理の同時実行数を制御する仕組みである。たとえば計算資源をフルに使わせたくない場合に，ある時点の並行処理の同時実行数を（おそらくプロセッサ数以下に）抑える目的で使ったりする。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』では条件変数を使ってセマフォを自作している。一方 Go の標準パッケージにセマフォはないが golang.org/x/sync/semaphore パッケージを使うことでセマフォを扱うことができる。こちらはほぼ標準パッケージに近いのでバンバン使っていいだろう。

この記事では golang.org/x/sync/semaphore パッケージに載っているサンプルコードを挙げておく。

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "runtime"

    "golang.org/x/sync/semaphore"
)

// Example_workerPool demonstrates how to use a semaphore to limit the number of
// goroutines working on parallel tasks.
//
// This use of a semaphore mimics a typical “worker pool” pattern, but without
// the need to explicitly shut down idle workers when the work is done.
func main() {
    ctx := context.TODO()

    var (
        maxWorkers = runtime.GOMAXPROCS(0)
        sem        = semaphore.NewWeighted(int64(maxWorkers))
        out        = make([]int, 32)
    )

    // Compute the output using up to maxWorkers goroutines at a time.
    for i := range out {
        // When maxWorkers goroutines are in flight, Acquire blocks until one of the
        // workers finishes.
        if err := sem.Acquire(ctx, 1); err != nil {
            log.Printf("Failed to acquire semaphore: %v", err)
            break
        }

        go func(i int) {
            defer sem.Release(1)
            out[i] = collatzSteps(i + 1)
        }(i)
    }

    // Acquire all of the tokens to wait for any remaining workers to finish.
    //
    // If you are already waiting for the workers by some other means (such as an
    // errgroup.Group), you can omit this final Acquire call.
    if err := sem.Acquire(ctx, int64(maxWorkers)); err != nil {
        log.Printf("Failed to acquire semaphore: %v", err)
    }

    fmt.Println(out)

}

// collatzSteps computes the number of steps to reach 1 under the Collatz
// conjecture. (See https://en.wikipedia.org/wiki/Collatz_conjecture.)
func collatzSteps(n int) (steps int) {
    if n <= 0 {
        panic("nonpositive input")
    }

    for ; n > 1; steps++ {
        if steps < 0 {
            panic("too many steps")
        }

        if n%2 == 0 {
            n /= 2
            continue
        }

        const maxInt = int(^uint(0) >> 1)
        if n > (maxInt-1)/3 {
            panic("overflow")
        }
        n = 3*n + 1
    }

    return steps
}

via semaphore package - golang.org/x/sync/semaphore - Go Packages

コラッツ予想？このサンプルでは，メイン以外の goroutine の間では共有資源の異なるアドレスにアクセスするためデータ競合（data race）は起きないことに注意。データ競合が発生し得るのであればミューテックスを使ってアクセス制御を行う必要がある。

golang.org/x/sync/semaphore パッケージで実装されているセマフォは「重み付きセマフォ（weighted semaphore）」と呼ぶらしい。 Acquire() および Release() で獲得数・解放数を指定できる。上のサンプルコードでは最後の sem.Acquire(ctx, int64(maxWorkers)) でメイン以外の goroutine が稼働していないことを確認している（稼働していれば待ちになる）。なお Release() 時にカウントがマイナスになると panic を吐くようだ。

今回はここまで

次回は第6章の「バリア（barrier）」の話からである。楽しみ！

ブックマーク

cutajarj/ConcurrentProgrammingWithGo: Listings from manning book : 『Go言語で学ぶ並行プログラミング』に出てくるサンプルコード

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

Go ではメインを含む全ての goroutine が待機状態になって（タイマーやシグナル等で）起こされる見込みがない状態を検出するとデッドロック（deadlock）と見なして panic を投げる。だから Go の並行処理ではデッドロックは検出しやすく，それゆえにデバッグも（比較的）しやすい。 ↩︎
リーダー・ライター・ミューテックスで書き込み側がいつまでもロックを獲得できない状態を writer-starvation と呼ぶ。『Go言語で学ぶ並行プログラミング』における “starvation” の定義は「他の貪欲な実行によって資源が長時間（または無期限に）利用できなくなり、共有資源へのアクセスを得ることができない状況を指します」としている。書き込み側が starvation になるから writer-starvation ということらしい。辞書的な “starvation” の意味は「食糧の不足によって栄養失調が続き、体調の維持が困難になっている状態」みたいな意味だそうな。継続的な飢餓状態ってことやね。 ↩︎

goroutine はグリーンスレッドではない（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会1回目）

2025-01-25T14:27:33+00:00

「しっぽのさきっちょ）」側の同名記事をこちらのセクションに移動しました。

「第1回『Go言語で学ぶ並行プログラミング』オンライン読書会」の話題より。

対象となる『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は，版元から PDF 版を購入した。インプレス社って絶版でもないのにいつの間にか Kindle 版を引っ込めたりするそうで，デジタル版を買うなら PDF 版を買うのがオススメらしい。まぁ，技術参考書は PDF 版のほうが取り回ししやすいからな。紙はかさばるし。

事前にざっと斜め読みしたのだが，解説が丁寧という印象。タイトル通り Go 言語を前提に書かれているが C/C++ や Java などの構文型のプログラミング言語に慣れているのなら難しくないと思う。

まずは1章から順に読むのがおすすめ。「並行処理，完全に理解した」という人も復習のつもりで順に読んでいくのがいいだろう。

並行と並列

以前，読書感想文で『Go言語による並行処理』を大絶賛したのだが，その中の「2.1 並行性と並列性の違い」の中で

並行性はコードの性質を指し、並列性は動作しているプログラムの性質を指します。

『Go言語による並行処理』 p.23より

と書かれている。『Go言語で学ぶ並行プログラミング』では更に具体的に

並行性とは、多くのタスクを同時にどのように実行するかを計画する（planning）ことです。並列性とは、多くのタスクを同時に実行する（performing）ことです。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.39より

と書かれている。たとえば

問. 「並行処理」と「並列処理」を使って文を書け

みたいな問題があったら

並行処理を組み込んだプログラムを書いて実行したところ正しく並列処理が行われた。

みたいに回答するのがいいだろうか（笑）

今回の読書会は第3章にかかった辺りまでだったが，今のところ『Go言語による並行処理』よりは『Go言語で学ぶ並行プログラミング』のほうがオススメな感じ。まぁ，あとから出た本だからねぇ。

goroutine はグリーンスレッドではない

並行処理の仕組みとしてカーネルが用意している機能にはプロセスとスレッドがある。

オペレーティングシステムの各プロセスは、他のプロセスから隔離された独自のメモリ空間を持っています。通常、プロセスは独立して動作し、他のプロセスとの相互作用は最小限です。プロセスは、多くの資源を消費する代償として、隔離を提供します。たとえば、あるプロセスがエラーでクラッシュしても、そのプロセスは独自のメモリ空間を持っているため、他のプロセスに影響を与えることはありません。この隔離の欠点は、多くのメモリを消費してしまうことです。さらに、メモリ領域やその他のシステム資源を確保する必要があるため、プロセスの起動には（スレッドに比べて）少し時間がかかります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.20より

新たなスレッドを作成する場合、オペレーティングシステムが作成する必要があるのは、スタック領域、レジスタ、プログラムカウンタを管理するのに十分な資源だけです。新たなスレッドは、同じプロセスのコンテキスト内で実行されます。対照的に、新たなプロセスを作成する場合、オペレーティングシステムはそれに完全に新たなメモリ空間を割り当てる必要があります。この理由から、スレッドはプロセスよりもはるかに軽量であり、システムが資源を使い果たすまでに、プロセスよりも多くのスレッドを作成することが通常可能です。さらに、新たに割り当てる資源がかなり少ないため、スレッドの起動はプロセスの起動よりもはるかに速いです。

[…]

ただし、この追加の性能には、ある代償が伴います。同じメモリ空間で作業するということは、プロセスが提供する隔離が得られないことを意味します。そのため、あるスレッドが他のスレッドの作業に干渉して被害を与える可能性があります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.25より

各スレッドがどの CPU コアに割り当てられるかはカーネルが決定する。このため上述のスレッドのことを特に「カーネルレベルスレッド」と呼ぶ。

カーネルレベルスレッドがあるということはユーザー空間で完全にアプリケーションが制御する「ユーザーレベルスレッド」もあるわけだ。

ユーザーレベルスレッドの主な利点は性能です。ユーザーレベルスレッドのコンテキストスイッチは、カーネルレベルスレッドのコンテキストスイッチよりも高速です。なぜなら、カーネルレベルのコンテキストスイッチでは、オペレーティングシステムが介入して次に実行するスレッドを選択する必要があるからです。カーネルを呼び出さずに実行を切り替えることができれば、実行中のプロセスは、キャッシュをフラッシュして処理速度を低下させる必要がなく、CPU を保持し続けられます。

ユーザーレベルスレッドを使うことの不都合な点は、ブロッキング I/O 呼び出しを行うコードを実行するときに現れます。ファイルからの読み込みが必要な状況を考えてみましょう。オペレーティングシステムはプロセスを 1 つの実行のスレッドと見なすため、ユーザーレベルスレッドがこのブロッキング読み込み呼び出しを実行すると、プロセス全体がスケジュールから外されます。同じプロセス内に他のユーザーレベルスレッドが存在する場合、読み込み操作が完了するまで、それらのスレッドは実行されません。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.33-34より

で， Go の goroutine はどれやねん？という話だが，実はカーネルレベルスレッドとユーザーレベルスレッドを組み合わせたハイブリッドな構成となっている。

Go はハイブリッドシステムを採用することで、ユーザーレベルスレッドの優れた性能を提供し、不都合な点がほとんどありません。これは、カーネルレベルスレッドの集まりを使い、それぞれがゴルーチンのキューを管理することで実現しています。複数のカーネルレベルスレッドがあるので、複数のプロセッサが利用可能な場合、複数のプロセッサを利用できます。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.34-35より

これを「M:N スレッディングモデル」と呼ぶ。

Go がゴルーチンに使っているシステムは、M:N スレッディングモデル（threading model）と呼ばれることがあります。M:N とするのは M 個のユーザーレベルスレッド（ゴルーチン）がN 個のカーネルレベルスレッドにマッピングされている場合です。これは、通常のユーザーレベルスレッドとは対照的です。通常のユーザーレベルスレッドは、N:1 スレッディングモデルと呼ばれ、1 つのカーネルレベルスレッドに対して N 個のユーザーレベルスレッドという意味です。M:N モデルのランタイムを実装するには、カーネルレベルスレッドの集まり上でユーザーレベルスレッドを移動させてバランスを取るための多くの技法が必要なため、他のモデルよりも複雑になります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.35より

一方で「グリーンスレッド」という言葉があるのだが，これは Java の用語らしい。

グリーンスレッド（green thread）という用語は、プログラミング言語 Java のバージョン 1.1で生まれました。Java のオリジナルのグリーンスレッドは、ユーザーレベルスレッドの実装でした。単一のコア上でのみ実行され、JVM によって完全に管理されていました。Javaバージョン 1.3 では、グリーンスレッドはカーネルレベルスレッドに取って代わられました。それ以来、多くの開発者がユーザーレベルスレッドの他の実装を指すために用語「グリーンスレッド」を使っています。後述するように、Go のランタイムはゴルーチンが複数の CPU を十分に活用できるようにしているので、 Go のゴルーチンをグリーンスレッドと呼ぶのはおそらく不正確です。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.34より

へー。よその記事で goroutine をグリーンスレッドと書いてる気がするなぁ。直すの面倒だし，過去記事は放置で，これから気をつけることにしよう。

ちなみに Java 21 からは Go に似たスレッドモデルが正式に導入されていて，これは「仮想スレッド（virtual thread）」と呼ぶそうな。

Go のメモリモデル

翻訳者で読書会の主催者である柴田芳樹さんが今回おっしゃっていたが（実は訳者あとがきでも言及されている），『Go言語で学ぶ並行プログラミング』にはメモリモデルについての解説がない。並行処理とメモリ共有は密接な関係があるのでメモリモデルについても解説があればよかったのに，という感じ。

Go のメモリモデルについては公式のドキュメントがある。

The Go Memory Model - The Go Programming Language

このドキュメントの冒頭に

If you must read the rest of this document to understand the behavior of your program, you are being too clever.

via The Go Memory Model

とか皮肉（？）な文章が書かれていて笑っちまったよ。

それはともかく，中身をちょろんと紹介すると，たとえば

var a string

func f() {
    print(a)
}

func hello() {
    a = "hello, world"
    go f()
}

というコードがあったとき “hello, world” と出力されることが保証されるというもの。

The go statement that starts a new goroutine is synchronized before the start of the goroutine’s execution.

via The Go Memory Model

「当たり前やんけ！」と思うかもしれないが hello() 関数と f() 関数が異なる CPU コアで並列に実行される場合，この「保証」はかなり重要である。

マルチコアプロセッサでは（システムバスを通じて）メモリに直接アクセスするのではなく，メモリキャッシュを挟んだ間接的なアクセスになる。この際に複数の CPU コアとメモリとの間にデータ競合が起きないよう「キャッシュ・コヒーレンシー・プロトコル（cache-coherency protocols）」が走るらしい。

このプロトコルが正しく働いて CPU レベルでのデータ競合が起きないことが保証できないと，並行処理下で「何も信用できない」ことになってしまう。

キャッシュ・コヒーレンシー・プロトコル周りの話を始めるとそれだけで本が書けるそうで，実際に紹介してもらったが，かなりの分量があって理解するのも大変とのこと。たぶん『Go言語による並行処理』にメモリモデルの解説を入れると分量が1.5倍とか2倍とかになるんじゃないのかな（笑）

というわけで

次回以降の読書会も楽しみである。記事にするかどうかは不明。

ブックマーク

cutajarj/ConcurrentProgrammingWithGo: Listings from manning book : 『Go言語で学ぶ並行プログラミング』に出てくるサンプルコード

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

へぇ～ボタン懐かし玩具リセットボタン: ノーブランド品; B0CX1NVW3F (ASIN)

[Comment] へーへーへー

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

goroutine はグリーンスレッドではない（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会1回目）

2025-01-25T14:27:33+00:00

プログラミング言語 Go」セクションの同名記事に移動しました。

今日は「第1回『Go言語で学ぶ並行プログラミング』オンライン読書会」だった。

版元から PDF 版を購入した。インプレス社って絶版でもないのにいつの間にか Kindle 版を引っ込めたりするそうで，デジタル版を買うなら PDF 版を買うのがオススメらしい。まぁ，技術参考書は PDF 版のほうが取り回ししやすいからな。紙はかさばるし。

まずは1章から順に読むのがおすすめ。「並行処理，完全に理解した」という人も復習のつもりで順に読んでいくのがいいだろう。

並行と並列

以前，読書感想文で『Go言語による並行処理』を大絶賛したのだが，その中の「2.1 並行性と並列性の違い」の中で

並行性はコードの性質を指し、並列性は動作しているプログラムの性質を指します。

『Go言語による並行処理』 p.23より

と書かれている。『Go言語で学ぶ並行プログラミング』では更に具体的に

並行性とは、多くのタスクを同時にどのように実行するかを計画する（planning）ことです。並列性とは、多くのタスクを同時に実行する（performing）ことです。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.39より

と書かれている。たとえば

問. 「並行処理」と「並列処理」を使って文を書け

みたいな問題があったら

並行処理を組み込んだプログラムを書いて実行したところ正しく並列処理が行われた。

みたいに回答するのがいいだろうか（笑）

goroutine はグリーンスレッドではない

並行処理の仕組みとしてカーネルが用意している機能にはプロセスとスレッドがある。

オペレーティングシステムの各プロセスは、他のプロセスから隔離された独自のメモリ空間を持っています。通常、プロセスは独立して動作し、他のプロセスとの相互作用は最小限です。プロセスは、多くの資源を消費する代償として、隔離を提供します。たとえば、あるプロセスがエラーでクラッシュしても、そのプロセスは独自のメモリ空間を持っているため、他のプロセスに影響を与えることはありません。この隔離の欠点は、多くのメモリを消費してしまうことです。さらに、メモリ領域やその他のシステム資源を確保する必要があるため、プロセスの起動には（スレッドに比べて）少し時間がかかります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.20より

新たなスレッドを作成する場合、オペレーティングシステムが作成する必要があるのは、スタック領域、レジスタ、プログラムカウンタを管理するのに十分な資源だけです。新たなスレッドは、同じプロセスのコンテキスト内で実行されます。対照的に、新たなプロセスを作成する場合、オペレーティングシステムはそれに完全に新たなメモリ空間を割り当てる必要があります。この理由から、スレッドはプロセスよりもはるかに軽量であり、システムが資源を使い果たすまでに、プロセスよりも多くのスレッドを作成することが通常可能です。さらに、新たに割り当てる資源がかなり少ないため、スレッドの起動はプロセスの起動よりもはるかに速いです。

[…]

ただし、この追加の性能には、ある代償が伴います。同じメモリ空間で作業するということは、プロセスが提供する隔離が得られないことを意味します。そのため、あるスレッドが他のスレッドの作業に干渉して被害を与える可能性があります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.25より

各スレッドがどの CPU コアに割り当てられるかはカーネルが決定する。このため上述のスレッドのことを特に「カーネルレベルスレッド」と呼ぶ。

カーネルレベルスレッドがあるということはユーザー空間で完全にアプリケーションが制御する「ユーザーレベルスレッド」もあるわけだ。

ユーザーレベルスレッドの主な利点は性能です。ユーザーレベルスレッドのコンテキストスイッチは、カーネルレベルスレッドのコンテキストスイッチよりも高速です。なぜなら、カーネルレベルのコンテキストスイッチでは、オペレーティングシステムが介入して次に実行するスレッドを選択する必要があるからです。カーネルを呼び出さずに実行を切り替えることができれば、実行中のプロセスは、キャッシュをフラッシュして処理速度を低下させる必要がなく、CPU を保持し続けられます。

ユーザーレベルスレッドを使うことの不都合な点は、ブロッキング I/O 呼び出しを行うコードを実行するときに現れます。ファイルからの読み込みが必要な状況を考えてみましょう。オペレーティングシステムはプロセスを 1 つの実行のスレッドと見なすため、ユーザーレベルスレッドがこのブロッキング読み込み呼び出しを実行すると、プロセス全体がスケジュールから外されます。同じプロセス内に他のユーザーレベルスレッドが存在する場合、読み込み操作が完了するまで、それらのスレッドは実行されません。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.33-34より

Go はハイブリッドシステムを採用することで、ユーザーレベルスレッドの優れた性能を提供し、不都合な点がほとんどありません。これは、カーネルレベルスレッドの集まりを使い、それぞれがゴルーチンのキューを管理することで実現しています。複数のカーネルレベルスレッドがあるので、複数のプロセッサが利用可能な場合、複数のプロセッサを利用できます。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.34-35より

これを「M:N スレッディングモデル」と呼ぶ。

Go がゴルーチンに使っているシステムは、M:N スレッディングモデル（threading model）と呼ばれることがあります。M:N とするのは M 個のユーザーレベルスレッド（ゴルーチン）がN 個のカーネルレベルスレッドにマッピングされている場合です。これは、通常のユーザーレベルスレッドとは対照的です。通常のユーザーレベルスレッドは、N:1 スレッディングモデルと呼ばれ、1 つのカーネルレベルスレッドに対して N 個のユーザーレベルスレッドという意味です。M:N モデルのランタイムを実装するには、カーネルレベルスレッドの集まり上でユーザーレベルスレッドを移動させてバランスを取るための多くの技法が必要なため、他のモデルよりも複雑になります。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.35より

一方で「グリーンスレッド」という言葉があるのだが，これは Java の用語らしい。

グリーンスレッド（green thread）という用語は、プログラミング言語 Java のバージョン 1.1で生まれました。Java のオリジナルのグリーンスレッドは、ユーザーレベルスレッドの実装でした。単一のコア上でのみ実行され、JVM によって完全に管理されていました。Javaバージョン 1.3 では、グリーンスレッドはカーネルレベルスレッドに取って代わられました。それ以来、多くの開発者がユーザーレベルスレッドの他の実装を指すために用語「グリーンスレッド」を使っています。後述するように、Go のランタイムはゴルーチンが複数の CPU を十分に活用できるようにしているので、 Go のゴルーチンをグリーンスレッドと呼ぶのはおそらく不正確です。

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』 p.34より

へー。よその記事で goroutine をグリーンスレッドと書いてる気がするなぁ。直すの面倒だし，過去記事は放置で，これから気をつけることにしよう。

ちなみに Java 21 からは Go に似たスレッドモデルが正式に導入されていて，これは「仮想スレッド（virtual thread）」と呼ぶそうな。

Go のメモリモデル

Go のメモリモデルについては公式のドキュメントがある。

The Go Memory Model - The Go Programming Language

このドキュメントの冒頭に

If you must read the rest of this document to understand the behavior of your program, you are being too clever.

via The Go Memory Model

とか皮肉（？）な文章が書かれていて笑っちまったよ。

それはともかく，中身をちょろんと紹介すると，たとえば

var a string

func f() {
    print(a)
}

func hello() {
    a = "hello, world"
    go f()
}

というコードがあったとき “hello, world” と出力されることが保証されるというもの。

The go statement that starts a new goroutine is synchronized before the start of the goroutine’s execution.

via The Go Memory Model

「当たり前やんけ！」と思うかもしれないが hello() 関数と f() 関数が異なる CPU コアで並列に実行される場合，この「保証」はかなり重要である。

というわけで

次回以降の読書会も楽しみである。記事にするかどうかは不明。

ブックマーク

GitHub - cutajarj/ConcurrentProgrammingWithGo: Listings from manning book

参考図書

Go言語で学ぶ並行プログラミング　他言語にも適用できる原則とベストプラクティス impress top gearシリーズ: James Cutajar (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2024-12-04 (Release 2024-12-04); Kindle版; B0DNYMMBBQ (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2025-01-25 (powered by PA-APIv5)

Go言語 100Tips ありがちなミスを把握し、実装を最適化する impress top gearシリーズ: Teiva Harsanyi (著), 柴田芳樹 (著); インプレス 2023-08-18 (Release 2023-08-18); Kindle版; B0CFL1DK8Q (ASIN); 評価

reviewed by Spiegel on 2023-08-18 (powered by PA-APIv5)

Go言語による並行処理: Katherine Cox-Buday (著), 山口能迪 (翻訳); オライリージャパン 2018-10-26; 単行本（ソフトカバー）; 4873118468 (ASIN), 9784873118468 (EAN), 4873118468 (ISBN); 評価

[Comment] Eブック版もある。感想はこちら。 Go 言語で並行処理を書くならこの本は必読書になるだろう。

reviewed by Spiegel on 2020-01-13 (powered by PA-APIv5)

プログラミング言語Go (ADDISON-WESLEY PROFESSIONAL COMPUTING SERIES): Alan A.A. Donovan (著), Brian W. Kernighan (著), 柴田芳樹 (翻訳); 丸善出版 2016-06-20; 単行本（ソフトカバー）; 4621300253 (ASIN), 9784621300251 (EAN), 4621300253 (ISBN); 評価

reviewed by Spiegel on 2016-07-13 (powered by PA-APIv5)

へぇ～ボタン懐かし玩具リセットボタン: ノーブランド品; B0CX1NVW3F (ASIN)

[Comment] へーへーへー

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List of Concurrency [text.Baldanders.info]

Go 1.27 のリリース

参考図書

並行処理を待ち合わせる（WaitGroup と Barrier パターン）

タスクの完了を待ち合わせる

for ブロックのループ変数について

WaitGroup.Go メソッド

タスクの開始を待ち合わせる

ブックマーク

参考図書

“Philosophers” を Go で解く（CLI）

目次

コマンドライン・インタフェース

パラメータの定義

参考図書

“Philosophers” を Go で解く（問題編）

目次

基本ルール

パラメータおよび終了条件

その他 注意事項およびヒント

参考図書

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』は必読書である（夏の読書感想文2）

ブックマーク

参考図書

「並行」と「並列」と「非同期」

「並行」と「並列」と「非同期」

参考図書

『Go言語で学ぶ並行プログラミング』の練習問題より

参考図書

条件変数とセマフォ（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会3回目）

条件変数

書き込み優先な RWMutex

セマフォ

今回はここまで

ブックマーク

参考図書

goroutine はグリーンスレッドではない（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会1回目）

並行と並列

goroutine はグリーンスレッドではない

Go のメモリモデル

というわけで

ブックマーク

参考図書

goroutine はグリーンスレッドではない（『Go言語で学ぶ並行プログラミング』読書会1回目）

並行と並列

goroutine はグリーンスレッドではない

Go のメモリモデル

というわけで

ブックマーク

参考図書

作業中の BGV (メン限配信以外)

その他注意事項およびヒント