スレッド

Java – 複数のスレッドを同時に実行して終了を待機する

Javaでは、複数のスレッドを同時に実行し、それらの終了を待機するには、主にExecutorServiceとCountDownLatchが利用されます。

ExecutorServiceを使用する場合、invokeAllメソッドでタスクを一括実行し、全タスクの完了を待機できます。

また、CountDownLatchを用いると、スレッドごとにカウントを減らし、全スレッドの終了を待つことが可能です。

これにより、非同期処理の管理が容易になります。

目次から探す

複数スレッドの同時実行の仕組み
複数スレッドの終了を待機する方法
- Thread.join()メソッド
- ExecutorServiceを使用した方法
実践例：複数スレッドの同時実行と終了待機
- 例の概要
スレッドの終了待機における注意点
まとめ

複数スレッドの同時実行の仕組み

Javaでは、スレッドを使用することで、複数の処理を同時に実行することができます。

スレッドは、プログラムの実行単位であり、各スレッドは独立して動作します。

これにより、CPUのリソースを効率的に利用し、プログラムのパフォーマンスを向上させることが可能です。

スレッドの基本

スレッド: プログラム内で独立して実行される処理の単位。
マルチスレッド: 複数のスレッドを同時に実行すること。
コンテキストスイッチ: CPUが実行中のスレッドを切り替える処理。

これにより、複数のスレッドが同時に実行されているように見えます。

スレッドの作成方法

Javaでは、スレッドを作成する方法が2つあります。

方法	説明
`Thread`クラスの拡張	`Thread`クラスを継承し、`run`メソッドをオーバーライドする。
`Runnable`インターフェースの実装	`Runnable`インターフェースを実装し、`run`メソッドを定義する。

スレッドの実行

スレッドを実行するには、startメソッドを呼び出します。

これにより、スレッドが新しい実行の流れを開始します。

スレッドが実行を終えると、runメソッドが終了します。

以下は、スレッドを作成し、同時に実行する基本的なサンプルコードです。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // スレッドの処理内容
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - カウント: " + i);
            try {
                Thread.sleep(100); // 100ミリ秒待機
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        // スレッドプールを作成
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        
        // スレッドを実行
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            executor.execute(new MyRunnable());
        }
        
        // スレッドプールをシャットダウン
        executor.shutdown();
    }
}

このコードでは、3つのスレッドを同時に実行しています。

各スレッドは、カウントを0から4まで表示し、100ミリ秒待機します。

出力結果は以下のようになります。

Thread-0 - カウント: 0
Thread-1 - カウント: 0
Thread-2 - カウント: 0
Thread-0 - カウント: 1
Thread-1 - カウント: 1
Thread-2 - カウント: 1
Thread-0 - カウント: 2
Thread-1 - カウント: 2
Thread-2 - カウント: 2
Thread-0 - カウント: 3
Thread-1 - カウント: 3
Thread-2 - カウント: 3
Thread-0 - カウント: 4
Thread-1 - カウント: 4
Thread-2 - カウント: 4

このように、Javaではスレッドを利用することで、複数の処理を同時に実行することができます。

スレッドの管理には、ExecutorServiceを使用することで、より効率的にスレッドを扱うことが可能です。

複数スレッドの終了を待機する方法

複数のスレッドを同時に実行した後、それらのスレッドがすべて終了するのを待機することは、プログラムの正しい動作を保証するために重要です。

Javaでは、スレッドの終了を待機するために、いくつかの方法があります。

ここでは、主にThread.join()メソッドとExecutorServiceを使用した方法を紹介します。

Thread.join()メソッド

Thread.join()メソッドを使用すると、特定のスレッドが終了するまで、呼び出し元のスレッドをブロックすることができます。

これにより、スレッドの終了を待機することができます。

以下はその基本的な使い方です。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // スレッドの処理内容
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - カウント: " + i);
            try {
                Thread.sleep(100); // 100ミリ秒待機
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Thread> threads = new ArrayList<>(); // スレッドを格納するリスト
        
        // スレッドを作成
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
            threads.add(thread); // スレッドをリストに追加
            thread.start(); // スレッドを開始
        }
        
        // 各スレッドの終了を待機
        for (Thread thread : threads) {
            thread.join(); // スレッドの終了を待機
        }
        
        System.out.println("すべてのスレッドが終了しました。");
    }
}

このコードでは、3つのスレッドを作成し、それぞれのスレッドがカウントを表示します。

join()メソッドを使用して、すべてのスレッドが終了するのを待機します。

出力結果は以下のようになります。

Thread-0 - カウント: 0
Thread-1 - カウント: 0
Thread-2 - カウント: 0
Thread-0 - カウント: 1
Thread-1 - カウント: 1
Thread-2 - カウント: 1
Thread-0 - カウント: 2
Thread-1 - カウント: 2
Thread-2 - カウント: 2
Thread-0 - カウント: 3
Thread-1 - カウント: 3
Thread-2 - カウント: 3
Thread-0 - カウント: 4
Thread-1 - カウント: 4
Thread-2 - カウント: 4
すべてのスレッドが終了しました。

ExecutorServiceを使用した方法

ExecutorServiceを使用する場合、shutdown()メソッドを呼び出すことで、すべてのスレッドの終了を待機することができます。

awaitTermination()メソッドを使用することで、指定した時間内にすべてのスレッドが終了するのを待つことができます。

以下はその例です。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // スレッドの処理内容
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - カウント: " + i);
            try {
                Thread.sleep(100); // 100ミリ秒待機
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // スレッドプールを作成
        
        // スレッドを実行
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            executor.execute(new MyRunnable());
        }
        
        executor.shutdown(); // スレッドプールをシャットダウン
        
        // すべてのスレッドの終了を待機
        if (executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES)) {
            System.out.println("すべてのスレッドが終了しました。");
        } else {
            System.out.println("タイムアウトしました。");
        }
    }
}

このコードでは、ExecutorServiceを使用して3つのスレッドを実行し、shutdown()メソッドでスレッドプールをシャットダウンします。

その後、awaitTermination()メソッドを使用して、すべてのスレッドが終了するのを待機します。

出力結果は以下のようになります。

Thread-0 - カウント: 0
Thread-1 - カウント: 0
Thread-2 - カウント: 0
Thread-0 - カウント: 1
Thread-1 - カウント: 1
Thread-2 - カウント: 1
Thread-0 - カウント: 2
Thread-1 - カウント: 2
Thread-2 - カウント: 2
Thread-0 - カウント: 3
Thread-1 - カウント: 3
Thread-2 - カウント: 3
Thread-0 - カウント: 4
Thread-1 - カウント: 4
Thread-2 - カウント: 4
すべてのスレッドが終了しました。

このように、JavaではThread.join()メソッドやExecutorServiceを使用することで、複数のスレッドの終了を待機することができます。

これにより、プログラムの正しい動作を確保することができます。

実践例：複数スレッドの同時実行と終了待機

ここでは、Javaを使用して複数のスレッドを同時に実行し、それらのスレッドが終了するのを待機する実践的な例を示します。

この例では、複数のスレッドが異なるタスクを実行し、すべてのスレッドが完了するまでメインスレッドが待機します。

例の概要

このプログラムでは、3つのスレッドがそれぞれ異なるメッセージを表示し、一定の時間待機します。

メインスレッドは、すべてのスレッドが終了するのを待機します。

以下にサンプルコードを示します。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
class MyRunnable implements Runnable {
    private String message; // 表示するメッセージ
    public MyRunnable(String message) {
        this.message = message; // メッセージを初期化
    }
    @Override
    public void run() {
        // スレッドの処理内容
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - メッセージ: " + message + " カウント: " + i);
            try {
                Thread.sleep(200); // 200ミリ秒待機
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Thread> threads = new ArrayList<>(); // スレッドを格納するリスト
        
        // スレッドを作成
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            String message = "スレッド " + (i + 1); // 各スレッドに異なるメッセージを設定
            Thread thread = new Thread(new MyRunnable(message));
            threads.add(thread); // スレッドをリストに追加
            thread.start(); // スレッドを開始
        }
        
        // 各スレッドの終了を待機
        for (Thread thread : threads) {
            thread.join(); // スレッドの終了を待機
        }
        
        System.out.println("すべてのスレッドが終了しました。");
    }
}

MyRunnableクラス: Runnableインターフェースを実装し、スレッドが実行する処理を定義します。

コンストラクタで受け取ったメッセージを表示します。

メインメソッド: 3つのスレッドを作成し、それぞれに異なるメッセージを設定します。

スレッドを開始した後、join()メソッドを使用して、すべてのスレッドが終了するのを待機します。

このプログラムを実行すると、以下のような出力が得られます。

Thread-0 - メッセージ: スレッド 1 カウント: 0
Thread-1 - メッセージ: スレッド 2 カウント: 0
Thread-2 - メッセージ: スレッド 3 カウント: 0
Thread-0 - メッセージ: スレッド 1 カウント: 1
Thread-1 - メッセージ: スレッド 2 カウント: 1
Thread-2 - メッセージ: スレッド 3 カウント: 1
Thread-0 - メッセージ: スレッド 1 カウント: 2
Thread-1 - メッセージ: スレッド 2 カウント: 2
Thread-2 - メッセージ: スレッド 3 カウント: 2
Thread-0 - メッセージ: スレッド 1 カウント: 3
Thread-1 - メッセージ: スレッド 2 カウント: 3
Thread-2 - メッセージ: スレッド 3 カウント: 3
Thread-0 - メッセージ: スレッド 1 カウント: 4
Thread-1 - メッセージ: スレッド 2 カウント: 4
Thread-2 - メッセージ: スレッド 3 カウント: 4
すべてのスレッドが終了しました。

このように、Javaを使用して複数のスレッドを同時に実行し、終了を待機することができます。

この手法は、並行処理を行う際に非常に有用です。