「スレッドセーフ」の版間の差分
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'''fork'''モデルのマルチプロセスでは、メモリ空間がプロセスごとに分離されますが、マルチスレッドプログラミングの場合は、同じメモリ空間で実行されるため、広域メモリへのアクセスを行うときに、mutex ロックを利用するなど、排他制御などが必要となります。 | '''fork'''モデルのマルチプロセスでは、メモリ空間がプロセスごとに分離されますが、マルチスレッドプログラミングの場合は、同じメモリ空間で実行されるため、広域メモリへのアクセスを行うときに、mutex ロックを利用するなど、排他制御などが必要となります。 | ||
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'''マルチスレッドプログラミング''' では、プログラムが安全に実行できるように、 [[スレッドセーフ]] に対応したライブラリを利用することや、[[スレッドセーフ]] のコードを書く必要があります。 | '''マルチスレッドプログラミング''' では、プログラムが安全に実行できるように、 [[スレッドセーフ]] に対応したライブラリを利用することや、[[スレッドセーフ]] のコードを書く必要があります。 | ||
2017年4月19日 (水) 00:24時点における最新版
スレッドセーフ (Thread-safe) とは、マルチスレッドプログラミングの概念です。複数のスレッドが同時に、同じコードを実行しても問題が発生しない、ということを意味します。
読み方
- スレッドセーフ
- すれっどせーふ
- Thread-safe
- すれっどせーふ
目次
概要
マルチスレッドプログラミングでは、複数のスレッドが並列で実行されるため、リソースへのアクセスに注意が必要になります。 forkモデルのマルチプロセスでは、メモリ空間がプロセスごとに分離されますが、マルチスレッドプログラミングの場合は、同じメモリ空間で実行されるため、広域メモリへのアクセスを行うときに、mutex ロックを利用するなど、排他制御などが必要となります。
各スレッドから考えなしにリソースにアクセスするとき、プログラムは予期せぬ事態に陥り、期待した動作ができず、おかしな結果になったり、プログラムが停止してしまう、といったことにつながります。
マルチスレッドプログラミング では、プログラムが安全に実行できるように、 スレッドセーフ に対応したライブラリを利用することや、スレッドセーフ のコードを書く必要があります。
スレッドセーフであるかの判断基準
プログラムがスレッドセーフであるかを判断するのは、簡単ではありませんが、以下の点に着目して、コードを読む・調べることで、判断することができます。
- グローバル変数(広域変数)やヒープ(動的メモリ)、静的変数(スタティック変数,static変数)にアクセスしていない
- ファイルやプロセスなどのリソースの確保や開放を実施していない
- 参照やポインタによる間接的なアクセスをしていない
- volatile 変数を利用していない
- スレッドセーフでない関数を呼び出していない
スレッドセーフの要件
スレッドセーフを実現する方法として、以下の要件があります。
- リエントラント
- 排他制御
- スレッドローカルデータ
- アトミック操作
リエントラント
関数をリエントラント(reentrant, 再入可能)にすることで、スレッドセーフとなります。
排他制御
排他制御により、共有データへのアクセスを 逐次化 することで、スレッドセーフ となります。複数の共有データにアクセスする場合には、ロック のやり方(排他制御)を十分に注意して行う必要があります。
スレッドローカルデータ
スレッドの識別子をキーにし、グローバル変数をスレッド毎に持たせることで、サブルーチン間(関数間)を超える範囲で変数を利用できます。各変数にアクセスするサブルーチン(関数)は、リエントラントではありません。
アトミック操作
共有データへのアクセスを アトミック操作にすることで、他のスレッドからの同時アクセスがおきないことを保証します。
実装
排他制御
pthread を利用する場合の排他制御には、pthread_mutex を利用できます。 詳しくは、pthread_mutexで排他ロックする方法 をご参照下さい。
アトミック操作
C言語でアトミックな操作をする場合は、C11で導入した アトミック型修飾子 が利用できます。