Go言語で学ぶ並行プログラミング 他言語にも適用できる原則とベストプラクティス

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目次

まえがき

• 謝辞

本書について

第1部 並行プログラミングの基礎

第1章 並行プログラミングへの第一歩

• 1.1 並行処理について
• 1.2 並行的な世界とのやり取り
• 1.3 スループットの向上
• 1.4 応答性の向上
• 1.5 Goで並行プログラミング
• 1.5.1 ゴルーチンの概要
• 1.5.2 CSPと基本操作による並行性のモデリング
• 1.5.3 独自の並行処理ツールの構築
• 1.6 性能のスケーリング
• 1.6.1 アムダールの法則
• 1.6.2 グスタフソンの法則

第2章 スレッドを扱う

• 2.1 オペレーティングシステムにおけるマルチプロセッシング
• 2.2 プロセスとスレッドによる並行処理の抽象化
• 2.2.1 プロセスによる並行処理
• 2.2.2 プロセスの生成
• 2.2.3 一般的なタスクにマルチプロセッシングを使う
• 2.2.4 スレッドでの並行処理
• 2.2.5 マルチスレッドアプリケーションの実際
• 2.2.6 複数のプロセスとスレッドを一緒に使う
• 2.3 ゴルーチンの何が特別なのか
• 2.3.1 ゴルーチンの生成
• 2.3.2 ユーザー空間でのゴルーチンの実装
• 2.3.3 ゴルーチンのスケジューリング
• 2.4 並行性と並列性
• 2.5 練習問題

第3章 メモリ共有を使ったスレッド間通信

• 3.1 メモリ共有
• 3.2 メモリ共有の実践
• 3.2.1 ゴルーチン間での変数の共有
• 3.2.2 エスケープ分析
• 3.2.3 複数のゴルーチンからの共有変数の更新
• 3.3 競合状態
• 3.3.1 StingyとSpendy：競合状態を作り出す
• 3.3.2 実行のイールドは競合状態には役立たない
• 3.3.3 適切な同期と通信による競合状態の排除
• 3.3.4 Goの競合検出器
• 3.4 練習問題

第4章 ミューテックスを使った同期

• 4.1 ミューテックスによるクリティカルセクションの保護
• 4.1.1 ミューテックスはどのように使うのか
• 4.1.2 ミューテックスと逐次処理
• 4.1.3 ノンブロッキング・ミューテックス・ロック
• 4.2 リーダー・ライター・ミューテックスによる性能向上
• 4.2.1 Goのリーダー・ライター・ミューテックス
• 4.2.2 独自の読み込み優先リーダー・ライター・ミューテックスの構築
• 4.3 練習問題

第5章 条件変数とセマフォ

• 5.1 条件変数
• 5.1.1 ミューテックスと条件変数の組み合わせ
• 5.1.2 シグナルを失う
• 5.1.3 ウェイトとブロードキャストによる複数ゴルーチンの同期
• 5.1.4 条件変数を使ったリーダー・ライター・ロックの再検討
• 5.2 カウンティングセマフォ
• 5.2.1 セマフォとは何か
• 5.2.2 セマフォの構築
• 5.2.3 セマフォで通知を失わない
• 5.3 練習問題

第6章 ウェイトグループとバリアを使った同期

• 6.1 Go のウェイトグループ
• 6.1.1 ウェイトグループでタスクの完了を待つ
• 6.1.2 セマフォを使ったウェイトグループの作成
• 6.1.3 待機中にウェイトグループのサイズを変更
• 6.1.4 柔軟なウェイトグループの構築
• 6.2 バリア
• 6.2.1 バリアとは何か
• 6.2.2 Go でバリアを実装する
• 6.2.3 バリアを使った並列行列乗算
• 6.3 練習問題

第2部 メッセージパッシング

第7章 メッセージパッシングを使った通信

• 7.1 メッセージの送受信
• 7.1.1 チャネルでメッセージの送受信
• 7.1.2 チャネルを使ったメッセージのバッファリング
• 7.1.3 チャネルに方向を与える
• 7.1.4 チャネルをクローズする
• 7.1.5 チャネル経由で関数の結果を受け取る
• 7.2 チャネルを実装する
• 7.2.1 セマフォでチャネルを作成する
• 7.2.2 独自のチャネルにSend()メソッドを実装する
• 7.2.3 独自のチャネルにReceive()メソッドを実装する
• 7.3 練習問題

第8章 チャネルをセレクト

• 8.1 複数のチャネルを組み合わせる
• 8.1.1 複数チャネルから読み込む
• 8.1.2 ノンブロッキングチャネル操作にselectを使う
• 8.1.3 defaultケースで並行計算を実行する
• 8.1.4 チャネルでのタイムアウト
• 8.1.5 selectでチャネルに書き込む
• 8.1.6 nilチャネルでselectのケースを無効化する
• 8.2 メッセージパッシングとメモリ共有のどちらかの選択
• 8.2.1 コードの簡素性を保つ
• 8.2.2 密結合システムと疎結合システムの設計
• 8.2.3 メモリ消費を最適化する
• 8.2.4 効率的なコミュニケーション
• 8.3 練習問題

第9章 チャネルを使ったプログラミング

• 9.1 CSP（communicating sequential processes）
• 9.1.1 不変性で干渉を避ける
• 9.1.2 CSPで並行プログラミング
• 9.2 チャネルで一般的なパターンを再利用
• 9.2.1 quitチャネル
• 9.2.2 チャネルとゴルーチンによるパイプライン化
• 9.2.3 ファンインとファンアウト
• 9.2.4 クローズ時に結果を出力する
• 9.2.5 複数のゴルーチンへブロードキャストする
• 9.2.6 条件成立後にチャネルをクローズする
• 9.2.7 ファーストクラス・オブジェクトとしてチャネルを採用する
• 9.3 練習問題

第3部 並行処理のさらなるトピック

第10章 並行処理パターン

• 10.1 プログラムを分解する
• 10.1.1 タスク分解
• 10.1.2 データ分解
• 10.1.3 粒度を考える
• 10.2 並行処理の実装パターン
• 10.2.1 ループレベル並列処理
• 10.2.2 フォーク/ジョイン・パターン
• 10.2.3 ワーカープールを使う
• 10.2.4 パイプライン処理
• 10.2.5 パイプライン化の特性
• 10.3 練習問題

第11章 デッドロックを回避

• 11.1 デッドロックの特定
• 11.1.1 資源割り当てグラフでデッドロックを可視化
• 11.1.2 台帳におけるデッドロック
• 11.2 デッドロックに対処する
• 11.2.1 デッドロックを検出する
• 11.2.2 デッドロックを回避する
• 11.2.3 デッドロックを防ぐ
• 11.3 チャネルでのデッドロック
• 11.4 練習問題

第12章 アトミック、スピンロック、フューテックス

• 12.1 アトミック変数を使ったロックフリーの同期
• 12.1.1 アトミックな数値で変数を共有
• 12.1.2 アトミックを使った場合の性能ペナルティ
• 12.1.3 アトミックの数値を使ってカウントする
• 12.2 スピンロックでミューテックスを実装する
• 12.2.1 比較とスワップ
• 12.2.2 ミューテックスを構築
• 12.3 スピンロックの改良
• 12.3.1 フューテックスによるロック
• 12.3.2 システムコールの削減
• 12.3.3 Goのミューテックス実装
• 12.4 練習問題

訳者あとがき

索引