Goで学ぶコンテキストと同期プリミティブの活用方法

はじめに

Go言語では、並行処理を制御するためのツールとして、コンテキスト（context）と同期プリミティブが提供されています。本記事では、これらの活用方法を基礎から解説し、実践的な例を紹介します。

コンテキスト（context）とは？

コンテキスト（context）は、Goの標準ライブラリで提供される機能で、並行処理における「キャンセル」「タイムアウト」「値の伝播」を管理するために使用されます。

典型的なシナリオ：

• HTTPリクエストがキャンセルされたときに、関連するgoroutineを停止させる。
• 一定時間内に処理を完了させるタイムアウト制御。

コンテキストの基本操作

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	// タイムアウト付きのコンテキストを作成
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
	defer cancel() // 必ずキャンセル関数を呼ぶ

	// goroutineで処理を実行
	go func(ctx context.Context) {
		for {
			select {
			case <-ctx.Done(): // タイムアウト時の処理
				fmt.Println("Context canceled:", ctx.Err())
				return
			default:
				fmt.Println("Working...")
				time.Sleep(500 * time.Millisecond)
			}
		}
	}(ctx)

	// メイン関数で待機
	time.Sleep(3 * time.Second)
	fmt.Println("Main function finished")
}

このコードでは、2秒後にタイムアウトが発生し、goroutineが終了します。context.WithTimeoutを利用することで、簡単にタイムアウト制御が可能です。

コンテキストのキャンセル操作

手動でキャンセルを実行する場合には、context.WithCancelを使用します。

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	// キャンセル可能なコンテキストを作成
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

	// goroutineを起動
	go func(ctx context.Context) {
		for {
			select {
			case <-ctx.Done():
				fmt.Println("Canceled")
				return
			default:
				fmt.Println("Running...")
				time.Sleep(500 * time.Millisecond)
			}
		}
	}(ctx)

	// 2秒後にキャンセル
	time.Sleep(2 * time.Second)
	cancel()
	time.Sleep(1 * time.Second)
}

同期プリミティブとは？

Goの同期プリミティブは、複数のgoroutine間でデータを安全に共有するために使用されます。主な同期プリミティブには以下があります：

• sync.Mutex（ミューテックス）
• sync.WaitGroup（ウェイトグループ）
• sync.Once（一度だけ実行）
• sync.Cond（条件変数）

---

Mutex（ミューテックス）の使い方

sync.Mutexは、共有データへの同時アクセスを防ぐために使用します。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var mu sync.Mutex
	counter := 0

	increment := func() {
		mu.Lock() // ロック
		defer mu.Unlock() // 処理終了後にアンロック
		counter++
		fmt.Println("Counter:", counter)
	}

	// 複数のgoroutineで実行
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go increment()
	}

	time.Sleep(1 * time.Second)
}

この例では、mu.Lockとmu.Unlockで保護することで、counterに安全にアクセスできます。

WaitGroup（ウェイトグループ）の使い方

sync.WaitGroupは、複数のgoroutineが終了するのを待機するために使用されます。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var wg sync.WaitGroup

	worker := func(id int) {
		defer wg.Done() // 作業終了を通知
		fmt.Printf("Worker %d starting\n", id)
		time.Sleep(time.Second) // 処理に1秒
		fmt.Printf("Worker %d done\n", id)
	}

	// 3つのgoroutineを起動
	for i := 1; i <= 3; i++ {
		wg.Add(1) // goroutineを追加
		go worker(i)
	}

	wg.Wait() // すべてのgoroutineが終了するのを待つ
	fmt.Println("All workers finished")
}

Once（一度だけ実行）の使い方

sync.Onceを使うと、処理を一度だけ実行することを保証できます。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

func main() {
	var once sync.Once

	init := func() {
		fmt.Println("Initialization")
	}

	for i := 0; i < 3; i++ {
		go func() {
			once.Do(init) // 一度だけ実行
		}()
	}

	fmt.Scanln() // 終了を防ぐ
}

まとめ

Go言語のコンテキスト（context）と同期プリミティブを活用することで、複雑な並行処理をシンプルに実現できます。

• コンテキストはタイムアウトやキャンセル処理に便利。
• 同期プリミティブはデータの安全な共有やgoroutineの調整に役立つ。