【競合とクリティカルセクション】

　さて，次にマルチスレッド処理で問題になる「競合」について紹介しよう。

　List 3　と　List 4　は，ケーキ屋のシミュレーションである。List 3　は，ケーキ屋を表す　CakeShop
クラスで，店頭に置いてあるケーキの数を表す　numOfCake　フィールドと，それを初期化する
コンストラクタ(List 3-①)が定義されている。List 3-②の getNumOfCake( )　はケーキ
の在庫数を返すアクセッサである。

List 3 CakeShop.java, List 4 ShopSim.java


　List 3-③　から始まる sellCake( ) メソッドは，ケーキを1個売る，という処理を行う。List 3-④
でケーキの在庫があるかを確認したうえで，売れたら　List 3-⑥でケーキ数を1個減らし，
true　を返す。在庫がなかった場合は，ケーキを売ることができないので，　false　を返す。なお，
List 3-⑤は例によって便宜的なスリープである。

　List 4の前半は客を表す　Customer　クラスの定義である。Customer　はスレッドクラスになっ
ている。対象となるケーキ屋を参照するための shop フィールドを設け，さらに客には識別番
号をつけたいので，最後に発行した識別番号を表すクラス変数id，客の識別番号　myid　の2つの
フィールドを用意している(List 4-①)。

　 そして，コンストラクタで myid と shop フィールドを設定する。肝心の run( ) メソッドでは，
shop. sellCake( ) を呼び出してケーキ屋にケーキを売ってもらった結果を表示する。

　List 4 の後半は，シミュレーションを行う ShopSim クラスが定義されている。List 4-④ で，
10個のケーキの在庫がある状態でケーキ屋オブジェクトを生成し，List 4-⑤ では，客スレ
ッドを15個生成・実行している。

　List 3 と List 4 を同じプロジェクトに登録し，ShopSim クラスを実行すると，どうなるだろうか。
ふつうに考えれば，10個しかケーキが無いのだから，10人だけがケーキを買うのに成功し，あと
の5人はケーキを買えないはずである。しかし，実際に CakeSim を繰り返し実行してみると，
11人以上の客がケーキを買うことができる現象を確認できる。下図は実行した例のひとつで，
なんと10個しか無いケーキを15人の客全員が買うことに成功している。
なぜ，このようなことになったのだろうか。

【競合状態】

　この問題が起こる様子(例)を，Fig.4 に示す。Fig.4 では，2つの Customer型スレッド a, b が
実行される様子を示している。



　今，残りのケーキ数(Fig.4の右)が1個の状態で，a と b が sellCake( ) を呼び出すところから
考えてみよう。

　まず，スレッドa が sellCake( ) を呼び出す(Fig.4-①)。つぎにスレッドb に処理が切り替わ
り，スレッドb が sellCake( ) を呼び出す(Fig.4-②)。ふたたびスレッドa に処理が移り，ケー
キの在庫があるかどうかを確認する(Fig.4-③)。このとき，在庫数(numOfCakeの値)は1で
あるから，在庫があることになる。さらにスレッドb に切り替わり，同様に在庫数の確認が行われるが，
この時点でもケーキの在庫数は1で，在庫が未だあることになってしまう。これが，11人以上が
ケーキを買うことができた原因である。スレッドb は続いてケーキの在庫数を1個減らし(Fig.4-⑤)，
ケーキの在庫数は 0 になる。次に，スレッドa もケーキの在庫数を減らし(Fig.4-⑥)，ケーキの
在庫数は -1 になってしまう。

　問題をまとめると，あるスレッドが「在庫数の確認→在庫数の変更」という処理を行ってい
る間に，他のスレッドの処理が入り込んでしまうために，矛盾が生じている，というわけである。
このように，複数の並行処理がプログラムの整合性を破壊する状態を，競合状態(race condition)
と呼ぶ。

　このプログラムが処理が正常に動作するには，「在庫数の確認→在庫数の変更」という処理
の間に，在庫数を参照したり，変更する他のスレッドが実行されてはいけないのである。

　一般に，あるリソース(変数やオブジェクトなど)を「参照→変更」する間は，そのリソースを参照したり
変更する他の処理が並行で実行されてはならないのである。
　このように，あるリソースに対して，他のコードが並行実行されてはいけないコード区間を
クリティカルセクション(critical section)と呼ぶ(Fig.4のスレッドaでは③から⑥の間)。

この競合を回避する方法が，次に紹介する重要な「同期(synchronization)」である。

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