メモリ

Go言語の共有メモリ実装について解説

2025-02-19更新日: 2025-02-19

Go言語はチャネルやミューテックスなどの仕組みで、効率的な共有メモリ操作が可能です。

この記事では、シンプルな実装例を交え、基本的な利用方法や注意点を解説します。

開発環境が整った状態で、すぐに実践できる内容になっています。

目次から探す

共有メモリの基本
- 共有メモリの定義と特徴
- Go言語での共有メモリアプローチ
Go言語における共有メモリ実装手法
実装例の詳細解説
- プログラム構成の概要
- 実装例に見る動作確認
共有メモリ利用時の注意点
- ロック競合の原因と対策
- リソース管理とパフォーマンス
まとめ

共有メモリの基本

共有メモリの定義と特徴

共有メモリとは、複数のゴルーチンが同じメモリ領域にアクセスできる仕組みです。

これにより、データの受け渡しが高速に行える一方で、同時書き込みや読み込みによる競合状態(レースコンディション)のリスクがあります。

以下のポイントが特徴として挙げられます。

複数のプロセスやゴルーチンが同一のデータにアクセスするため、同期処理の工夫が必要です。
適切な同期手法を用いない場合、予期しない動作やデータ不整合が発生することがあります。
状況に応じた実装方法により、パフォーマンスの向上と安全性の両立が可能です。

Go言語での共有メモリアプローチ

Go言語では、他の低レベル言語に比べて、共有メモリへのアクセス方法として以下のアプローチが用意されています。

ミューテックスを利用して排他制御する方法
チャネルによる安全な通信と同期
sync/atomicパッケージを利用した原子操作

各アプローチには特徴があり、用途や処理の性質に応じて選択することが推奨されています。

Go言語における共有メモリ実装手法

ミューテックスを利用した実装

ミューテックスの基本操作

Go言語のsync.Mutexを利用することで、クリティカルセクションにおいて共有メモリへの同時アクセスを防止できます。

以下は、sync.Mutexを用いた簡単なサンプルコードです。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
)
func main() {
	var mu sync.Mutex      // ミューテックスのインスタンス
	var sharedValue int    // 共有メモリとする変数
	// ゴルーチンで共有メモリに安全にアクセス
	var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(2)
	go func() {
		defer wg.Done()
		mu.Lock()          // ロックを取得
		sharedValue += 1   // 共有メモリの操作
		fmt.Println("ゴルーチン1：sharedValue =", sharedValue)
		mu.Unlock()        // ロックを解放
	}()
	go func() {
		defer wg.Done()
		mu.Lock()
		sharedValue += 2
		fmt.Println("ゴルーチン2：sharedValue =", sharedValue)
		mu.Unlock()
	}()
	wg.Wait() // 全ゴルーチンの終了待ち
	fmt.Println("最終値：sharedValue =", sharedValue)
}

ゴルーチン1：sharedValue = 1
ゴルーチン2：sharedValue = 3
最終値：sharedValue = 3

競合状態防止の工夫

ミューテックスを利用する際には、ロックの取得と解放のタイミングに注意する必要があります。

ロックは必要な処理の直前で取得し、可能な限り早く解放するように心がけます。
複数のクリティカルセクションがある場合は、ロックのネストや他の同期方法との併用も検討してください。
デッドロックが発生しないよう、全てのルートで必ずロックを解放する設計が大事です。

チャネルを用いた並行処理連携

チャネルの基本的操作

Goのチャネルは、ゴルーチン間でのデータ受け渡しを安全かつ簡単に実現するための仕組みです。

以下は、チャネルを使って整数値を送受信する基本例です。

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	ch := make(chan int)  // 整数をやり取りするチャネルの作成
	// ゴルーチン内でデータを送信
	go func() {
		// チャネルにデータを送信
		ch <- 100
	}()
	// メインゴルーチンでデータを受信
	value := <-ch
	fmt.Println("受信した値:", value)
}