概要

A Tour of Goの順番に沿ってGoの基本で個人的に学習したことをまとめています。

No	記事
1	【Go】基本文法①(基礎)
2	【Go】基本文法②(フロー制御文)
3	【Go】基本文法③(ポインタ・構造体)
4	【Go】基本文法④(配列・スライス)
5	【Go】基本文法⑤(Maps・ Range)
6	【Go】基本文法⑥(インターフェース)
7	〜〜【Go】基本文法⑦(並行処理)「今ココ」〜〜
8	【Go】基本文法総まとめ

今回は Goroutine(ゴルーチン) と Channel に焦点を当てて学習しました。

goroutine(ゴルーチン)とは

goroutine(ゴルーチン)とは、Go言語のプログラムで並行に実行されるもののことです。

goroutine(ゴルーチン)の起動

Goの場合、関数 (またはメソッド) の呼び出しの前に go を付けると、異なる goroutine で関数を実行することができます。

go 関数名(引数, ...)

goは新しいgoroutineを生成して、そのgoroutine内で指定された関数を実行します。
新しいgoroutineは並行に動作するので、関数の実行終了を待つことなく、goのあとに記述されているプログラムを実行します。

goroutine(ゴルーチン)の終了条件

goroutine(ゴルーチン)は下記の条件で終了します。

関数の処理が終わる。
returnで抜ける。
runtime.Goexit() を実行する

存在するgoroutine(ゴルーチン)の数の取得方法

runtime.NumGoroutine()を使用する事で現在起動しているgoroutine(ゴルーチン)の数を知ることができます。

import( 
 "fmt"
 "log"
 "runtime"
)

func main() {
     log.Println(runtime.NumGoroutine())
}

goroutine(ゴルーチン)の実例

実際のコードを見る事でよりgoroutine(ゴルーチン)を具体的に捉えます。
以下のプログラムは1秒間隔でstrをnum回表示します。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	fmt.Println("Start!")
	 process(2,"A")
	 process(2,"B")
	fmt.Println("Finish!")
}

func process(num int, str string) {
	for i := 0; i <= num; i++ {
	 time.Sleep(1 * time.Second)
	 fmt.Println(i, str)
	}
}

この例ではgoroutine(ゴルーチン)も何も使用していないので実行結果は以下の様になります。

Start!
0 A
1 A
2 A
0 B
1 B
2 B
Finish!

そこで、新しいgoroutineを2つ生成して関数process()を実行します

func main() {
	fmt.Println("Start!")
	go process(2,"A") //goキーワードで関数実行するとgoroutineが生成される
	go process(2,"B")
	fmt.Println("Finish!")
}

func process(num int, str string) {
	for i := 0; i <= num; i++ {
	 time.Sleep(1 * time.Second)
	 fmt.Println(i, str)
	}
}

すると実行結果は以下の様になりました。

Start!
Finish!

作成されたgoroutineの終了を待たずmainが終了しプログラム全体の処理を終了したため、関数process()の実行結果は得られませんでした。
関数process()の実行結果を得るためには、mainがgoroutineが終了するまで待たなければいけません。
これはchannel(チャネル)を使う事で簡単に実現できます。

channel(チャネル)とは

ゴルーチン間(main含む)で連携するには、channel(チャネル)と呼ばれる機能を利用します。
channel(チャネル)は、値の交換および同期という通信機能を兼ね備えており、2つの計算処理(ゴルーチン)が予期しない状態とならないことを保証します。

channel(チャネル)の生成方法

チャネルは Go 言語に標準で用意されているデータの一つで、スライスと同じタイプのデータ構造です
スライスの様に組み込み関数 make()を使用する事で生成できます。

ch := make(chan 型)
ch := make(chan 型, バッファサイズ)

チャネルに指定するバッファサイズは、チャネルにバッファ可能な容量です。このサイズが送信データの上限となります。

#channel(チャネル)での値の送受信方法
channel(チャネル)を使用するには、チャネル型の変数を作成し、送信側・受信側ともに、その変数に対して何らかのデータを送受信します。
以下の例の様にチャネルオペレータの <- を用いる事で値の送受信ができます。

ch <- data    //dataをchへ送信する(vをchに書き込む)
arg := <-ch  //chから受信した変数をargへ割り当てる(chの値を読み込む)

送信がchannel<-valueで受信が<-channelです。
以下のコードがchannel(チャネル)での値の送受信の実例です。

func main() {
	//channelの作成
    messages := make(chan string)
	
	//作成されたchannelに値(str)を送信
    go func() { messages <- "str" }()
	
	//channelから値を受信
    msg := <-messages
    fmt.Println(msg) //=> str
}

ゴルーチンの同期

Goでは__受信側では常に、受信可能なデータが来るまでブロックされます。__
また、送信側はチャネルがバッファリングしていないときは、受信側が値を受信するまでブロックされます。
これにより、Goでは明確なロックや条件変数がなくても、goroutineの同期を可能にします。

ゴルーチンの同期(例①)

いくつかの実例から上記の意味を理解します。

func main() {
  ch := make(chan bool)  //bool型のchannelを作成

	// ゴルーチンとして以下の関数を起動。完了時にchannelの型であるboolの値を送信する事で、チャネルへ通知。
	go func() {
		fmt.Println("Hello")
		ch <- true  // 通知を送信。値は何でも良い(boolの型であれば)
	}()

  <-ch //=>Hello   
	// channelの型であるboolの値を受け取るまでの完了待ち。送られてきた値は破棄
}

上記ではbool型のchannelchを作成し、ゴルーチンとして関数func()を起動しています。
func()内ではchの型であるboolの値を与えています。
Goでは受信側では常に受信可能なデータが来るまでブロックされるので、main内でchの型であるboolの値を受け取るまで完了待ちしています。

ゴルーチンの同期(例②)

次に以下の例もみてみます。

func hello(done chan bool) {  
    fmt.Println("Hello world goroutine")
    done <- true
}

func main() {  
         //bool型のchannelのdoneを生成する。
    done := make(chan bool)
	
	//生成したdoneを関数helloに渡す
	go hello(done)
    
	<-done
	//main
    fmt.Println("main function")

}

上記の例ではbool型のchanneldoneを作成し、関数hello()に渡しています。
これによってmain内で<-doneが呼ばれた際に、関数hello()でbool型の要素が渡されるまで完了待ちをしています。

ゴルーチンの同期(例③)

ここで再びgoroutine(ゴルーチン)の実例で作成した、以下のコードについてみていきます。

func main() {
    fmt.Println("Start!")
    go process(2,"A") //goキーワードで関数実行するとgoroutineが生成される
    go process(2,"B")
    fmt.Println("Finish!")
}

func process(num int, str string) {
    for i := 0; i <= num; i++ {
     time.Sleep(1 * time.Second)
     fmt.Println(i, str)
    }
}

現状では、作成されたgoroutineの終了を待たずmainが終了しプログラム全体の処理を終了したため、関数process()の実行結果は得られませんでした。
これをchannelに関して学んだ知識を踏まえて以下の様に書き換えます。

func main() {
	ch1 := make(chan bool)
	ch2 := make(chan bool)
   
	fmt.Println("Start!")
	
    go func() {
		process(2,"A")
    	ch1 <- true
    }()
	
	go func(){
		process(2, "B")
		ch2 <- true
	}()
	
	<-ch1
    <-ch2
	
    fmt.Println("Finish!")
}

func process(num int, str string) {
    for i := 0; i <= num; i++ {
     time.Sleep(1 * time.Second)
     fmt.Println(i, str)
    }
}

上記ではbool型のchannelであるch1とch2を作成し、mainで<-ch1や<-ch2が呼ばれると、bool型の要素を受信するまで完了待ちをしています。
すると、関数内でprocess()が評価されるので、期待通りの実行結果を得る事ができました。

Start!
0 A
0 B
1 B
1 A
2 A
2 B
Finish!

参考

My Journey of Go ⑦
Goの並列処理の動作を理解する
 Go の並行処理
 お気楽 Go 言語プログラミング入門
 Goの並行処理 -基本のキ-
Go by Example
An introduction to using and visualizing channels in Go
GOLANGBOT.COM Part 22: Channels
GoのChannelを使いこなせるようになるための手引
 ゴルーチンと並行性パターン
 実践Go言語(part12)

【Go】基本文法⑦(並行処理)

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