サンプルで学ぶ Go 言語:Stateful Goroutines

mutex を使い明示的なロックを取って、複数のゴルーチンで共有データへのアクセスを同期する方法は既に紹介した。 ゴルーチンを同期する組み込みの機能とチャネルを使っても、同じ結果が得られる。 チャネルを使うこのやり方は、各ゴルーチンが持つデータをやり取りしてメモリを共有する Go のアイデアに合っている。

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync/atomic"
    "time"
)

この例では、あるゴルーチンだけが状態を所有する。 この結果、アクセスの競合によってデータが壊れてしまうことなくなる。 状態を読み書きするために、他のゴルーチンは状態を持つゴルーチンにメッセージを送り、返信を受け取る。 構造体 readOpwriteOp はこれらのリクエストをカプセル化したものだ。

type readOp struct {
    key  int
    resp chan int
}
type writeOp struct {
    key  int
    val  int
    resp chan bool
}
func main() {

前と同じように、操作を実行した回数を数える。

    var readOps uint64
    var writeOps uint64

チャネル readswrites を使って、他のゴルーチンは読み書きのリクエストする。

    reads := make(chan *readOp)
    writes := make(chan *writeOp)

このゴルーチンが state を所有する。 state は前の例と同様のマップだが、この状態管理用のゴルーチンだけが読み書きをする。 このゴルーチンはチャネル readswrites を繰り返し select し、届いたリクエストに返信する。 リクエストを受け取ると、リスエストされた操作を実行し、値を返信用のチャネル resp に送信し、リクエストが成功したことを伝える(reads の場合は読み出した結果も伝える)。

    go func() {
        var state = make(map[int]int)
        for {
            select {
            case read := <-reads:
                read.resp <- state[read.key]
            case write := <-writes:
                state[write.key] = write.val
                write.resp <- true
            }
        }
    }()

ここで100個のゴルーチンを開始し、チャネル reads を通じて状態を管理するゴルーチンに読み出しを発行する。 読み出しリクエストのたびに readOp を作り、チャネル reads にそれを送り、チャネル resp から結果を受け取る。

    for r := 0; r < 100; r++ {
        go func() {
            for {
                read := &readOp{
                    key:  rand.Intn(5),
                    resp: make(chan int)}
                reads <- read
                <-read.resp
                atomic.AddUint64(&readOps, 1)
                time.Sleep(time.Millisecond)
            }
        }()
    }

同様に、書き込みを行うゴルーチンも10個開始する。

    for w := 0; w < 10; w++ {
        go func() {
            for {
                write := &writeOp{
                    key:  rand.Intn(5),
                    val:  rand.Intn(100),
                    resp: make(chan bool)}
                writes <- write
                <-write.resp
                atomic.AddUint64(&writeOps, 1)
                time.Sleep(time.Millisecond)
            }
        }()
    }

1秒間待って、ゴルーチンに仕事をさせる。

    time.Sleep(time.Second)

最後に操作回数を読み出し、表示する。

    readOpsFinal := atomic.LoadUint64(&readOps)
    fmt.Println("readOps:", readOpsFinal)
    writeOpsFinal := atomic.LoadUint64(&writeOps)
    fmt.Println("writeOps:", writeOpsFinal)
}

プログラムを実行するとゴルーチンを使った状態管理の例では約80000回の操作を実行できたことがわかる。

$ go run stateful-goroutines.go
readOps: 71708
writeOps: 7177

この例ではゴルーチンを使ったやり方はミューテックスを使う場合と比べて少し処理が多かった。 しかし、場合によってはこのやり方の方が便利なこともある。 例えば、他にもチャネルを使っている場合や、複数のミューテックスを使った結果プログラムを間違えそうな場合である。 プログラムの正しさがパッと見てわかるような、自然なやり方を採用するのがよい。

次の例:Sorting