並列処理・並行処理

Go言語におけるMutexのポインタと値の使い分けについて解説

2025-02-20更新日: 2025-02-20

Go言語で並列処理を行う際、mutex(ミューテックス)はデータ競合を防ぐために不可欠な仕組みです。

mutexをポインタとして扱うか、値として扱うかでコードの動作やパフォーマンスに影響が出るケースがあるため、適切な選択が求められます。

この記事では、それぞれの方法の特徴をシンプルに解説します。

目次から探す

Mutexの基本
Mutexをポインタとして使用する場合
- ポインタ使用時のメリット
- ポインタ使用時の注意点
Mutexを値として使用する場合
- 値使用時のメリット
- 値使用時の注意点
性能と動作の比較
- メモリ消費とパフォーマンスの視点
- 実行時の挙動の違い
実装上のポイントと選択基準
- 利用ケースに応じた使い分け
- コーディング時の注意点と対策
まとめ

Mutexの基本

Mutexの役割と基本動作

Mutexは並行処理において共有リソースへの同時アクセスを防ぐための仕組みです。

複数のゴルーチンが同じ変数やデータ構造に同時にアクセスした場合、意図しない動作やデータ破損が発生する可能性があります。

Mutexはそのアクセスを直列化し、ひとつのゴルーチンのみがリソースを操作できるようにすることで競合状態を防ぎます。

具体的な動作としては、Lock関数で排他制御を開始し、Unlock関数で排他制御を解除します。

これにより、リソースに対する安全な変更が実現されます。

Go言語におけるMutex実装の特徴

Goの標準パッケージsyncに含まれるMutexは、シンプルで使いやすい実装となっています。

ゼロ値で使用可能な点
再入可能ではないため、同じゴルーチン内で複数回ロックする場合は注意が必要な点
ロック解除を確実に行うため、deferを活用することが推奨される点

こうした特徴により、基本的な排他制御の用途では十分に効果が発揮されます。

ポインタと値の違い

Mutexを使用する際、値として使うかポインタとして使うかの選択は重要です。

値として使用する場合、変数のコピーが発生しない限り、直接組み込み可能でシンプルに扱えます。
一方、ポインタとして使用すると、同一のMutexインスタンスを複数の箇所で共有することが容易になり、コピーによる意図しない状態の分散を防ぐことができます。

この違いにより、実装するシナリオに応じた適切な使い分けが求められます。

Mutexをポインタとして使用する場合

ポインタ使用時のメリット

メモリ効率の向上

Mutexをポインタとして扱うと、値のコピーが発生しないため、メモリ効率が向上します。

同じMutexインスタンスを複数の関数やゴルーチンで共有でき、余計なメモリアロケーションを防ぐことが可能です。

柔軟なデータ共有の実現

ポインタを使用すると、複数のゴルーチンや構造体間で同一のMutexを共有できます。

これにより、共有リソースに対するアクセス制御が容易になり、意図しないロック状態の分散を防ぐことができます。

以下は、ポインタを用いて共有カウンターを安全にインクリメントするサンプルコードです。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
)
func main() {
	var wg sync.WaitGroup
	counter := 0
	// Mutexをポインタとして使用
	mutex := &sync.Mutex{}
	for i := 0; i < 5; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(id int) {
			defer wg.Done()
			mutex.Lock() // 排他制御開始
			counter++
			// 現在のカウンターの値を表示
			fmt.Printf("Goroutine %d incremented counter to %d\n", id, counter)
			mutex.Unlock() // 排他制御解除
		}(i)
	}
	wg.Wait()
	fmt.Printf("Final counter value: %d\n", counter)
}

Goroutine 0 incremented counter to 1
Goroutine 1 incremented counter to 2
Goroutine 2 incremented counter to 3
Goroutine 3 incremented counter to 4
Goroutine 4 incremented counter to 5
Final counter value: 5

ポインタ使用時の注意点

ゼロ値の扱いと初期化

Mutexをポインタとして利用する場合、必ず有効なインスタンスが割り当てられている必要があります。

未初期化のポインタを参照すると、実行時にパニックが発生する可能性があります。

したがって、変数宣言時にしっかりと初期化するか、適切なチェックを行う必要があります。

Mutexを値として使用する場合

値使用時のメリット

シンプルなコード設計

Mutexを値として扱う場合、ゼロ値でそのまま利用できるため、初期化が不要でシンプルなコード設計が可能です。

また、構造体に直接組み込むことで、値としての一貫性が保たれ、インスタンスごとの管理がしやすくなります。

値使用時の注意点

コピー時のロック状態の管理

Mutexを値として使用する際は、誤ってコピーしてしまうとロック状態が複製され、意図しない動作を引き起こす恐れがあります。

特に構造体を渡す場合は、コピーが発生しないように注意することが大切です。

以下は、構造体にMutexを組み込み、値として利用するサンプルコードです。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
)
type Counter struct {
	count int
	// 値としてのMutexを構造体に組み込む
	mtx sync.Mutex
}
func main() {
	var wg sync.WaitGroup
	counter := Counter{}
	for i := 0; i < 5; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(id int) {
			defer wg.Done()
			// 構造体内のMutexをロックする
			counter.mtx.Lock()
			counter.count++
			fmt.Printf("Goroutine %d incremented counter to %d\n", id, counter.count)
			counter.mtx.Unlock()
		}(i)
	}
	wg.Wait()
	fmt.Printf("Final counter value: %d\n", counter.count)
}

Goroutine 0 incremented counter to 1
Goroutine 1 incremented counter to 2
Goroutine 2 incremented counter to 3
Goroutine 3 incremented counter to 4
Goroutine 4 incremented counter to 5
Final counter value: 5