Ninda 4日目: 基本操作 〜write, read, takeを完全理解〜

今日のゴール

• 3つの基本操作（write, read, take）を深く理解する
• ブロッキング操作と非ブロッキング操作の違いを把握する
• 操作の原子性について理解する

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Lindaの3つの基本操作

タプルスペースの操作は、たった3つの基本操作で構成されています。

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Write（書き込み）

特性

特性	説明
即座に完了	書き込みはブロックしない
重複を許可	同じタプルを何度でも書き込める
原子的	書き込みは他の操作と干渉しない

基本的な使い方

# シンプルな書き込み
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("message"), strVal("hello")))

# 数値を含むタプル
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("count"), intVal(42)))

# 複合タプル（型、名前、年齢、アクティブ）
await ts.writeAsync(toTuple(
  strVal("user"), strVal("alice"), intVal(25), boolVal(true)
))

重複書き込み

# 同じタプルを3回書き込むと、3つの別々のタプルになる
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("item"), intVal(1)))
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("item"), intVal(1)))
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("item"), intVal(1)))

let all = await ts.readAllAsync(pattern)
echo all.len  # 3 - 重複はマージされない

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Read（読み取り）

特性

特性	説明
非破壊的	タプルはスペースに残る
ブロッキング	マッチするタプルが見つかるまで待機
複数リーダー	同じタプルを複数プロセスが読める

ブロッキング vs 非ブロッキング

使い分け

# ブロッキング: タスクを待つワーカー
let job = await ts.readAsync(jobPattern)  # 来るまで待つ

# 非ブロッキング: ポーリング
let maybeJob = await ts.tryReadAsync(jobPattern)
if maybeJob.isNone:
  echo "No job available"

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Take（取り出し）

特性

特性	説明
破壊的	タプルはスペースから削除される
ブロッキング	マッチするタプルが見つかるまで待機
排他的	同じタプルは1プロセスだけが取得

readとtakeの違い

排他的取得の例

# タプルは1つだけ
await ts.writeAsync(toTuple(strVal("prize"), intVal(100)))

# 2つのワーカーが同時に取りに行く
# → 1つだけが成功し、もう1つはNoneを受け取る

💡 ポイント: takeは分散システムにおける「一度だけ処理」を保証する基本メカニズムです。

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操作の比較表

操作	破壊的	ブロッキング	複数取得	用途
write	-	No	-	データ追加
read	No	Yes	No	参照、共有データ読み取り
tryRead	No	No	No	ポーリング
readAll	No	No	Yes	全件参照
take	Yes	Yes	No	タスク取得、排他処理
tryTake	Yes	No	No	非ブロッキングタスク取得
takeAll	Yes	No	Yes	バッチ処理

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原子性について

タプルスペースの各操作は原子的です。

# この操作は原子的
# 途中で他のプロセスがタプルを盗むことはない
let result = await ts.takeAsync(pattern)

複数の操作を原子的に行いたい場合は、バルク操作を使います（Day 11で詳説）：

# 複数タプルを原子的に書き込み
await ts.writeAllAsync(@[tuple1, tuple2, tuple3])

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実践例: シンプルなジョブキュー

3つの操作を組み合わせた典型的なパターン：

# プロデューサー: ジョブを投入
proc producer() {.async.} =
  for i in 1..5:
    await ts.writeAsync(toTuple(strVal("job"), intVal(i)))

# コンシューマー: ジョブを処理（排他的に取得）
proc consumer(id: string) {.async.} =
  while true:
    let job = await ts.tryTakeAsync(jobPattern)
    if job.isSome:
      echo id, " processing ", job.get()[1].intVal

ポイント:

• write: プロデューサーがジョブを追加
• tryTake: コンシューマーが排他的にジョブを取得
• 複数コンシューマーがいても、各ジョブは1回だけ処理される

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まとめ

3つの基本操作

操作	Linda名	特徴
write	out	追加、即座完了、重複可
read	rd	読取、ブロック、残る
take	in	取出、ブロック、消える

バリエーション

• 非ブロッキング版: tryRead, tryTake - マッチなしならNone
• バッチ版: readAll, takeAll - マッチする全タプルを処理

選び方の指針

共有データを参照したい → read
排他的に処理したい → take
待機したくない → tryXxx
全部まとめて → xxxAll

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演習問題

問題4-1: カウンター

タプルスペースを使ったカウンターを実装してください。値を増やす操作は、現在値をtakeして+1した新しいタプルをwriteします。

問題4-2: 複数タイプのデータ

"config", "log", "metric"の3種類のタプルを混在させ、それぞれを別々に読み取るプログラムを書いてください。

問題4-3: FIFOの確認

10個のタプルを順番に書き込み、順番に取り出して、FIFOになっているか確認してください。
（ヒント: nindaは順序を保証しません）

💡 完全な実装例は GitHubリポジトリ を参照してください。

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