Go言語における競合状態（Race Condition）の理解と対処法

はじめに

Go言語（golang）は並行処理を簡単に扱えることで有名ですが、その分、競合状態（race condition）に注意する必要があります。
Go言語での競合状態を具体的なサンプルコードを用いて解説し、その対処法について説明します。

競合状態（Race Condition）とは？

競合状態は、複数の並行処理が同時に共有データにアクセスする際に発生する可能性があり、これが原因で不具合や意図しない動作が発生することがあります。

例えば、下記の競合状態です。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var sharedCounter int

func main() {
	wg := &sync.WaitGroup{}
	mu := &sync.Mutex{}

	for i := 0; i < 1000; i++ {
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done()

			mu.Lock() // コメントアウトして、競合状態を発生させる
			value := sharedCounter
			value++
			sharedCounter = value
			mu.Unlock() // コメントアウトして、競合状態を発生させる
		}()
	}

	wg.Wait()
	fmt.Println("sharedCounter:", sharedCounter)
}

sharedCounterという共有変数に1000個のゴルーチンがアクセスし、インクリメント操作を行います。sync.Mutexを使ってアクセスをロックしていますが、mu.Lock()とmu.Unlock()の行をコメントアウトすると、競合状態が発生します。

競合状態の発生理由

競合状態が発生する理由は、複数のゴルーチンが同時にsharedCounterにアクセスし、その値を読み書きしているためです。これにより、一部のインクリメントが上書きされ、期待した結果と異なるカウント値が出力されることがあります。

対処法

競合状態を回避する方法として、sync.Mutexを使用して、同時に共有データにアクセスすることを制限します。この例では、mu.Lock()でロックを取得し、mu.Unlock()でロックを解放しています。これにより、一度に1つのゴルーチンだけが共有データにアクセスでき、競合状態が回避されます。

その他の対処法

競合状態への対処法としては、sync.Mutexの他にも、sync.RWMutex（読み込み専用のロックを許可）やチャネルを使用する方法もあります。チャネルは、ゴルーチン間でデータの送受信を行う仕組みで、明示的なロックを使わずに競合状態を回避できる場合があります。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var sharedCounter int

func incrementCounter(wg *sync.WaitGroup, ch chan<- int) {
	defer wg.Done()

	ch <- 1
}

func main() {
	wg := &sync.WaitGroup{}
	ch := make(chan int, 1000)

	go func() {
		for i := 0; i < 1000; i++ {
			wg.Add(1)
			go incrementCounter(wg, ch)
		}
		wg.Wait()
		close(ch)
	}()

	for value := range ch {
		sharedCounter += value
	}

	fmt.Println("sharedCounter:", sharedCounter)
}

このコードでは、1000個のゴルーチンがチャネルchに1を送信し、メインゴルーチンがチャネルから受信してsharedCounterをインクリメントします。この方法では、競合状態が発生せず、期待通りの結果が得られます。

競合状態の検出

Go言語には、競合状態を検出するためのツールgo run -raceが付属しています。このツールを使うことで、コード内の競合状態を検出し、修正することができます。

まとめ

Go言語での競合状態は、複数のゴルーチンが同時に共有データにアクセスする際に注意が必要です。対処法としては、sync.Mutexやチャネルを利用することで、競合状態を回避できます。また、go run -raceを用いることで、競合状態を検出しやすくなります。これらの手法を使って、安全な並行処理を実現しましょう。