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Java – ローカル変数はスレッドセーフなのかどうか解説

Javaのローカル変数はスレッドセーフです。

ローカル変数はメソッド内で宣言され、各スレッドが独自のスタックを持つため、他のスレッドと共有されません。

そのため、複数のスレッドが同じメソッドを実行しても、各スレッドは独自のローカル変数を使用します。

ただし、ローカル変数が参照型であり、共有可能なオブジェクトを指している場合、そのオブジェクト自体はスレッドセーフである保証はありません。

目次から探す

Javaにおけるローカル変数のスレッドセーフ性
- ローカル変数の特性
ローカル変数がスレッドセーフでない場合
- スレッドセーフでない状況
スレッドセーフ性を確保するためのベストプラクティス
- ベストプラクティス一覧
実際のコード例で理解するローカル変数のスレッドセーフ性
まとめ

Javaにおけるローカル変数のスレッドセーフ性

Javaにおいて、ローカル変数はメソッド内で定義され、そのメソッドが呼び出されるたびに新しいインスタンスが作成されます。

このため、ローカル変数はスレッドセーフであると考えられています。

スレッドが同時に同じメソッドを呼び出しても、それぞれのスレッドは独自のローカル変数のコピーを持つため、他のスレッドの影響を受けることはありません。

ローカル変数の特性

スコープ: ローカル変数はメソッド内でのみ有効で、メソッドが終了すると消失します。
スレッドごとの独立性: 各スレッドが独自のスタックを持つため、ローカル変数はスレッド間で共有されません。

以下は、ローカル変数がスレッドセーフであることを示すサンプルコードです。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i; // ローカル変数の定義
            executor.submit(() -> {
                // 各スレッドで独自のローカル変数を使用
                String message = "タスクID: " + taskId;
                System.out.println(message);
            });
        }
        
        executor.shutdown();
    }
}

タスクID: 0
タスクID: 1
タスクID: 2
タスクID: 3
タスクID: 4

このコードでは、5つのタスクがそれぞれ異なるスレッドで実行され、各スレッドが独自のローカル変数taskIdを持っています。

これにより、スレッド間での競合が発生せず、スレッドセーフであることが確認できます。

ローカル変数がスレッドセーフでない場合

一般的に、Javaのローカル変数はスレッドセーフですが、特定の状況下ではスレッドセーフでない場合もあります。

特に、ローカル変数が他のスレッドによって変更される可能性がある場合や、ローカル変数が外部の状態に依存している場合には注意が必要です。

スレッドセーフでない状況

以下のような状況では、ローカル変数がスレッドセーフでない可能性があります。

状況	説明
クロージャの使用	ローカル変数が外部のスコープに依存する場合、スレッド間で共有される可能性がある。
スレッド間での共有オブジェクト	ローカル変数がオブジェクトの参照を持ち、そのオブジェクトがスレッド間で共有される場合。

以下のコードは、ローカル変数がスレッドセーフでない状況を示す例です。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class App {
    private static int sharedCounter = 0; // 共有カウンタ
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executor.submit(() -> {
                // 共有カウンタをインクリメント
                sharedCounter++;
                System.out.println("カウンタ: " + sharedCounter);
            });
        }
        
        executor.shutdown();
    }
}

カウンタ: 1
カウンタ: 2
カウンタ: 3
カウンタ: 4
カウンタ: 5

このコードでは、sharedCounterという共有変数が複数のスレッドから同時にアクセスされ、インクリメントされています。

この場合、スレッド間での競合が発生し、予期しない結果を引き起こす可能性があります。

ローカル変数自体はスレッドセーフですが、外部の共有状態に依存する場合は注意が必要です。

スレッドセーフ性を確保するためのベストプラクティス

スレッドセーフ性を確保するためには、いくつかのベストプラクティスを遵守することが重要です。

これにより、プログラムの安定性と信頼性を向上させることができます。

ベストプラクティス一覧

プラクティス	説明
不変オブジェクトの使用	状態を持たないオブジェクトを使用することで、変更による競合を防ぐ。
同期化の利用	`synchronized`キーワードや`Lock`インターフェースを使用して、共有リソースへのアクセスを制御する。
スレッドローカル変数の使用	`ThreadLocal`クラスを使用して、スレッドごとに独立した変数を持つ。
コンカレントコレクションの利用	`java.util.concurrent`パッケージのコレクションを使用して、スレッドセーフなデータ構造を利用する。

以下は、ThreadLocalを使用してスレッドローカル変数を実装する例です。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class App {
    private static ThreadLocal<Integer> threadLocalCounter = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executor.submit(() -> {
                // スレッドローカル変数をインクリメント
                int currentCount = threadLocalCounter.get();
                currentCount++;
                threadLocalCounter.set(currentCount);
                System.out.println("スレッドID: " + Thread.currentThread().getName() + ", カウンタ: " + currentCount);
            });
        }
        
        executor.shutdown();
    }
}

スレッドID: pool-1-thread-1, カウンタ: 1
スレッドID: pool-1-thread-2, カウンタ: 1
スレッドID: pool-1-thread-3, カウンタ: 1
スレッドID: pool-1-thread-1, カウンタ: 2
スレッドID: pool-1-thread-2, カウンタ: 2

このコードでは、ThreadLocalを使用して各スレッドが独自のカウンタを持つようにしています。

これにより、スレッド間での競合が発生せず、スレッドセーフな実装が実現されています。

スレッドローカル変数を使用することで、各スレッドが独自の状態を持つことができ、他のスレッドの影響を受けることがありません。

実際のコード例で理解するローカル変数のスレッドセーフ性

ローカル変数のスレッドセーフ性を理解するために、実際のコード例を通じてその動作を確認しましょう。

以下の例では、ローカル変数がスレッドセーフであることを示すために、複数のスレッドが同じメソッドを呼び出すシナリオを作成します。

以下のコードは、複数のスレッドが同じメソッドを呼び出し、ローカル変数を使用してメッセージを生成する例です。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i; // ローカル変数の定義
            executor.submit(() -> {
                // 各スレッドで独自のローカル変数を使用
                String message = "スレッドID: " + Thread.currentThread().getName() + ", タスクID: " + taskId;
                System.out.println(message);
            });
        }
        
        executor.shutdown();
    }
}

スレッドID: pool-1-thread-1, タスクID: 0
スレッドID: pool-1-thread-2, タスクID: 1
スレッドID: pool-1-thread-3, タスクID: 2
スレッドID: pool-1-thread-1, タスクID: 3
スレッドID: pool-1-thread-2, タスクID: 4

このコードでは、ExecutorServiceを使用して3つのスレッドプールを作成し、5つのタスクを非同期に実行しています。

各タスクは、ローカル変数taskIdを使用してメッセージを生成します。

ローカル変数はメソッド内で定義され、各スレッドが独自のコピーを持つため、他のスレッドの影響を受けることはありません。

このように、ローカル変数はスレッドごとに独立しているため、スレッドセーフであることが確認できます。

スレッド間での競合が発生しないため、プログラムは安定して動作します。