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Javaでマルチスレッドで実行した際の処理の挙動について

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前提・実現したいこと

Windows7Pro(またはCentOS7.3)、Java1.8でマルチスレッドでコードを実行する時
共通処理用としてstaticクラスやstaticメソッド、1つだけのインスタンス(シングルトンに限らない)にアクセスする場合について
※共通処理用であって、共通リソースではない(マルチスレッドを跨いでcounterのような変数共有はしない)

1:共通処理用部分は、メモリとして確保されるのは1つ分のみなのか
2:共通処理用getObjectの場合、マルチスレッドからアクセスしても
問題なくvalueにあわせたAクラスが取得できるのか
3:「1:」が1つ分であった場合で、「2:」が問題ない場合
処理には同じメモリ領域を使うため、マルチスレッドでアクセスしても
処理は順次1つ分ずつしか実行されていないのか。
(この共通処理部分だけは同期化されているのと同じ処理になり、処理速度はシングルスレッド実行時と同義なのか)

該当のソースコード

public static counter = 0;
public static ParentA getObject(int value){
    ParentA res = null;

    //counter++;

    switch(value){
        case 1:
            res = new A1();
        break;

        case 2:
            res = new A2();
        break;

        case 3:
            res = new A3();
        break;
    }

    return res;
}

試したこと

getObjectメソッドを3つのスレッドから実行し、データを取得するようにした際は、問題なく各Aクラスが取得出来ていたが、そういう仕様なのかどうかが、調べても分かりませんでした。
また、実験から理解した内容で
getObject内だけで使われるローカル変数(作成するインスタンス内も、他と共有されていないもの)であれば、同期化の必要なく、実行できていましたが、それも、上記同様、仕様なのかどうなのかを見つける事ができませんでした。

そもそも認識が間違っていることや、WindowsのみやLinuxのみなど、片側だけでも結構ですので、ご教授頂ければ幸いです。
よろしくお願いします。

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1:共通処理用部分は、メモリとして確保されるのは1つ分のみなのか

処理部分というのが「メソッドの実体」のことならYESです。

2:マルチスレッドからアクセスしても問題なくvalueにあわせたAクラスが取得できるのか

本件についていえばYESです。なぜなら「複数のスレッドで競合し得るような可変情報」をアクセスしていないからです。メソッドの引数やローカル変数は「スレッド固有です」

3:「1:」が1つ分であった場合で、「2:」が問題ない場合
処理は順次1つ分ずつしか実行されていないのか。 

NOです。並行して動きます。平行して動いても「同じ実体の可変情報をアクセスしていない」から動作的に問題ないのです。これは言語、プラットフォームに関係なく成立するマルチスレッドプログラミングの原則です。逆に問題になるような極端な実装の例を挙げてみます。

public class Utility {

  static int meaninglessValue;

  public static ParentA getObject(int value){
    ParentA res = null;
    meaninglessValue = value;

    //counter++;

    switch (meaninglessValue) {
      case 1:
        res = new A1();
        break;

      case 2:
        res = new A2();
        break;

      case 3:
        res = new A3();
        break;
    }

    return res;
}


このようにするとmeaninglessValueは「複数のスレッドから共通に参照される可変情報」のため、正しくない実装ということになります。

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  • 2017/05/11 00:18

    ご回答ありがとうございます。
    「1:」について、メソッド(以下、共通メソッド)の実体がメインメモリとして1つだけと言う状態で
    仮にスレッド1とスレッド2がそのメソッドを使う際は、同じメインメモリ領域にアクセスするという
    ことで合っていますでしょうか?

    また、厳密に見た場合、同じ実体のメインメモリにアクセスするため、CPUのそれぞれのスレッドがアクセスするメインメモリ側は、どちらか片方のスレッドのみが、共通メソッドの実体のあるメインメモリに
    アクセスしているということにはならないでしょうか?またはメインメモリ部分は同時アクセスが可能なのでしょうか?

    または、スレッド1が共通メソッドを実行するときは、共通メソッドの実体を、スレッド1側(のCPUキャッシュに対して)に読み込み
    スレッド2も、同様にスレッド2側(のCPUキャッシュに対して)読み込む。
    そして、それぞれ自分のスレッド側にコピーするので、マルチスレッドでも同時並行して処理を実行できる、ということなのでしょうか?

    質問が多く申し訳ありません。また内容が主質問と離れてしまっていてすみません。

    キャンセル

  • 2017/05/11 00:41

    > 同じメインメモリ領域にアクセス
    はい。
    > メインメモリ部分は同時アクセスが可能なのでしょうか?
    同じプロセスで動作中であるならプロセス内のメモリー空間はスレッド共通ですので同じアドレスのメモリーに非同期にアクセスできます。非同期にといっても実際はハードウェア上は完全に同一のタイミングなどではアクセス不能でしょうが、質問者さんの疑問にはそのレベルは無関係であると判断します。

    キャッシュに分割して読み込まれるあどうかのレベルは考えない方がいいと思います。例えプロセッサごとにキャッシュの違う場所をアクセスしたからといって値が変わらないものを違う場所にあるコピーから読んでも同一の場所から読んでもその違いをプログラマーが意識する必要はないと思います。ただ・・・

    コメントを拝見していると質問者さんが「コピーだから平行して実行できるのではないか」ということろにひっかかっておられると思いますが、自分にはそのひっかかりの理由が今一つピンときません。自分が認識できていないレベルの話を気にされているのでしょうか?

    キャンセル

  • 2017/05/11 01:05

    >同じプロセスで動作中であるならプロセス内のメモリー空間はスレッド共通ですので同じアドレスのメモリ
    >ーに非同期にアクセスできます。非同期にといっても実際はハードウェア上は完全に同一のタイミングなど
    >ではアクセス不能でしょうが、質問者さんの疑問にはそのレベルは無関係であると判断します。
    まさに、知りたいことに全てぴったりとはまった内容でした。

    どの程度の粒度で質問すればよいか分からない、及び、正しい知識を持っていなかったため
    「コピーだから・・・」の下りを書いていましたが、そもそも質問自体があっているかもわからないため
    正しく説明できていない部分が「今一つピンとこない」部分になってしまっているかと思います。

    ハードウェア上での話しについては、動作イメージするときの考え方に使ったりする事があったため
    個人的に大枠での理解がしたかっただけですので「レベルは無関係」「意識する必要はない」はその通りでした。

    ですので、十分な回答が得られていますので、先ほどの質問はお忘れくださいませ。

    どうも、ありがとうございました。

    キャンセル

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