導入

同時実行性はプログラミングにおける強力なツールであり、複数のスレッドでコードを同時に実行できるようになります。ただし、この権限には、共有リソースを安全に管理する責任が伴います。 Ruby では、Mutex (相互排除の略) は、一度に 1 つのスレッドのみがリソースにアクセスできるようにし、潜在的なデータ破損や予期しない動作を防ぐための重要なコンポーネントです。
このブログでは、Ruby で Mutex を使用する方法を、サンプル コードと実際のアプリケーションを示す実際のシナリオでサポートしながら探っていきます。

ミューテックスとは何ですか?

ミューテックスは、スレッドの同期を管理するために使用されるオブジェクトです。 1 つのスレッドがミューテックスをロックすると、同じミューテックスをロックしようとする他のスレッドは、最初のスレッドがミューテックスを解放するまで保留されます。このメカニズムにより、共有リソースにアクセスするコードの重要なセクションが、一度に 1 つのスレッドのみによって実行されることが保証されます。

ミューテックスを使用する理由

複数のスレッドが同じ変数を変更したり、同じファイルに書き込んだりするシナリオを想像してください。適切に同期しないと、結果が予測不能になったり、不正確になったりする可能性があります。 Mutex は、常に 1 つのスレッドだけが共有リソースにアクセスできるようにすることで、このような問題を回避するのに役立ちます。

Ruby で Mutex を使用する方法

require 'thread'

# Initialize a Mutex
mutex = Mutex.new

# Shared resource
counter = 0

# Create threads
threads = 10.times.map do
  Thread.new do
    1000.times do
      # Lock the mutex before modifying the shared resource
      mutex.synchronize do
        counter  = 1
      end
    end
  end
end

# Wait for all threads to finish
threads.each(&:join)

puts "Final counter value: #{counter}"

この例では:

• Mutex オブジェクトを初期化します。
• 複数のスレッドからアクセスされる共有リソース (カウンター) を作成します。
• 10 個のスレッドを作成し、それぞれのスレッドでカウンタを 1000 回インクリメントします。
• mutex.synchronize ブロック内では、一度に 1 つのスレッドだけがカウンターを変更できるようにします。
• 最後に、カウンターの最終値を出力します。ミューテックスがアクセスを適切に同期していれば、この値は 10000 になるはずです。

現実のシナリオ: 銀行口座取引の管理

Mutex の実際のアプリケーションを理解するために、複数のスレッドが銀行口座のトランザクションを表すシナリオを考えてみましょう。各取引にはお金の入金または出金が含まれる場合があり、アカウント残高が正確であることを確認する必要があります。

require 'thread'

# Initialize a Mutex
account_mutex = Mutex.new

# Bank account class
class BankAccount
  attr_reader :balance

  def initialize(balance = 0)
    @balance = balance
  end

  def deposit(amount)
    @balance  = amount
  end

  def withdraw(amount)
    @balance -= amount
  end
end

# Shared bank account
account = BankAccount.new(1000)

# Transactions
threads = []

# Deposit thread
threads 




  
  
  このシナリオでは:

• 入金メソッドと引き出しメソッドを備えた BankAccount クラスを定義します。
• 初期残高 1000 の共有 BankAccount インスタンスを作成します。
• 2 つのスレッドを作成します。1 つは入金用、もう 1 つは出金用です。
• ミューテックスを使用して入金および出金メソッドへのアクセスを同期し、一度に 1 つのトランザクションのみがアカウント残高を変更できるようにします。
• 最後に、すべての取引を正確に反映する最終的な口座残高を出力します。

結論

同時実行性や共有リソースを扱う場合、Ruby で Mutex を使用することが不可欠です。これは、一度に 1 つのスレッドだけがコードの重要なセクションにアクセスできるようにするためのシンプルかつ効果的な方法を提供し、データ破損や競合状態などの潜在的な問題を防ぎます。