共有変数と同期

複数のスレッドが同じデータを操作する時は，予測の付かない動きをすることもある．次のプログラムは，10個のスレッドが，圧力計の値を見て，安全なら圧力を加えるというプログラムである．

// pressureを Runnableの実装として定義
class pressure implements Runnable{
  // 圧力が安全圏内なら加える
  static void RaisePressure(){
    // 現在の圧力が制限値よりも15を超して少ないなら
    int pval=p.pressureGauge;
    if(pval < p.safetyLimit-15){
      // わざと 100ms(0.1秒)待つ
      try{
        Thread.sleep(100);
      } catch(Exception e){}
      // 圧力を15加える
      p.pressureGauge+=15;
      System.out.println("pval="+pval+", p.pressureGauge="+p.pressureGauge);
    }
    else{
      System.out.println("Failed adding pressure");
    }
  }
  // pressureのインスタンスに対して startするとここが呼ばれる．
  public void run(){
    RaisePressure();
  }
}

class p{
  // pクラスの静的変数(クラス変数)なのでプログラム全体から共有される
  // 圧力値
  static int pressureGauge=0;
  // 圧力の制限値
  static final int safetyLimit=20;
  
  public static void main(String[] args){
    Thread [] ths=new Thread[10];
    int i;
    // 10個の Threadを作り，次々と作成
    for(i=0;i<10;i++){
      ths[i]=new Thread(new pressure());
      ths[i].start();
    }
    // すべてのスレッドが終了するのを待つ
    try{
      for(i=0;i<10;i++) ths[i].join();
    }
    catch (Exception e){}
    System.out.println("gauge reads "+pressureGauge+", safe limit is 20");
  }
}

これを実行すると，

pval=0, p.pressureGauge=15
pval=0, p.pressureGauge=30
pval=0, p.pressureGauge=45
pval=0, p.pressureGauge=60
pval=0, p.pressureGauge=75
pval=0, p.pressureGauge=90
pval=0, p.pressureGauge=105
pval=0, p.pressureGauge=120
pval=0, p.pressureGauge=135
pval=0, p.pressureGauge=150
gauge reads 150, safe limit is 20

となり，範囲を超えてしまうだろう．

この例では，値のチェックをした後でわざとsleepしたので，確実に問題が起きたわけだが，sleepを入れなくても，100回に1回あるいは1万回に1回位でで問題が起きることがあり得る．

これを防ぐために，Java言語では相互排他(mutual exclusion)を実現するためのsynchronized というキーワードを用意してある．この使い方は，メソッドにつける．ブロックにつけるなどいろいろある．先ほどの例では，

// pressureを Runnableの実装として定義
class pressure implements Runnable{
  // 圧力が安全圏内なら加える
  synchronized static void RaisePressure(){
    // 現在の圧力が制限値よりも15を超して少ないなら
    int pval=p.pressureGauge;
    if(pval < p.safetyLimit-15){
      // わざと 100ms(0.1秒)待つ
      try{
        Thread.sleep(100);
      } catch(Exception e){}
      // 圧力を15加える
      p.pressureGauge+=15;
      System.out.println("pval="+pval+", p.pressureGauge="+p.pressureGauge);
    }
    else{
      System.out.println("Failed adding pressure");
    }
  }
  // pressureのインスタンスに対して startするとここが呼ばれる．
  public void run(){
    RaisePressure();
  }
}

class p{
  // pクラスの静的変数なのでプログラム全体から共有される
  // 圧力値
  static int pressureGauge=0;
  // 圧力の制限値
  static final int safetyLimit=20;
  
  public static void main(String[] args){
    Thread [] ths=new Thread[10];
    int i;
    // 10個の Threadを作り，次々と作成
    for(i=0;i<10;i++){
      ths[i]=new Thread(new pressure());
      ths[i].start();
    }
    // すべてのスレッドが終了するのを待つ
    try{
      for(i=0;i<10;i++) ths[i].join();
    }
    catch (Exception e){}
    System.out.println("gauge reads "+pressureGauge+", safe limit is 20");
  }
}

のようにRaisePressureにsynchronized というキーワードを付けると，同じクラスのオブジェクトが，RaisePressureを同時に実行するのを防ぐことができる．

メソッドRaisePressureが static になっていないと，synchronizedにより，「同時には実行しない」単位が，「同じインスタンスに対するメソッド RaisePressureの呼び出し」というものになるので，このケースではふさわしくない．

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