Java - Multithreading: A Beginner's Guide

こんにちは、Javaプログラマー志望の方々！今日は、Javaのマルチスレッドの世界に一緒に飛び込んでいきましょう。プログラミングが初めての方でも心配しないでください。あなたの親切なガイドとして、私はこのテーマをステップバイステップで取り上げます。コーヒー（またはお好みでティー）を飲みながら、一緒に学びましょう！

Java - Multithreading

What is Multithreading?（マルチスレッドとは？）

キッチンで複雑な料理を準備しているとしましょう。順番に全部やることもできますが、同時に全部の作業を進める方が効率的ではありませんか？それがまさにマルチスレッドがプログラムに提供するものです！

簡単に言えば、マルチスレッドはプログラムが複数のタスクを同時に実行できる機能です。これらのタスクはそれぞれ「スレッド」と呼ばれ、独立して動作しますが、必要に応じてリソースを共有することができます。

Why Use Multithreading?（マルチスレッドを使う理由）

「マルチスレッドなんて面倒だ」と思うかもしれませんが、ちょっとした話を聞いてください。

私がプログラミングを始めた頃、インターネットから複数のファイルをダウンロードする簡単なアプリを作成しました。それがうまく動作したものの、ファイルを一つずつダウンロードするので非常に遅かったです。それでマルチスレッドを学び、プログラムに適用したところ、魔法のように速くなりました。ファイルが同時にダウンロードされ、全体のプロセスが大幅に早くなりました。

マルチスレッドは以下のような利点があります：

性能と効率の向上
リソースのより良い利用
GUIアプリケーションでのユーザー体験の向上
非同期操作の可能化

The Life Cycle of a Thread（スレッドの生命周期）

コードを書く前に、スレッドの生命周期を理解しましょう。これは蝶の生命周期に似ていますが、より多くのコーディングがあり、飛行は少ないです！

New: スレッドは作成されていますが、まだ開始されていません。
Runnable: スレッドは実行可能であり、CPU時間を待っています。
Running: スレッドはタスクを実行しています。
Blocked/Waiting: スレッドは一時的に非活性（例えば、I/Oや他のスレッドを待っています）。
Terminated: スレッドはタスクを完了し、終了しています。

では、Javaでスレッドを作成し、使用する方法を見ていきましょう。

Creating Threads in Java（Javaでスレッドを作成する）

Javaでスレッドを作成するには主に2つの方法があります：

1. Runnableインターフェースを実装する

これはより良い方法とされています。なぜなら、Threadクラスを拡張する必要がなく、他のクラスを拡張することができるからです。

public class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("Thread is running!");
}

public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();
}
}

この例では：

MyRunnableクラスを作成し、Runnableインターフェースを実装します。
run()メソッドをオーバーライドし、スレッドが何をするかを定義します。
mainメソッドでMyRunnableのインスタンスを作成し、新しいThreadオブジェクトに渡します。
start()メソッドを呼び出してスレッドの実行を開始します。

2. Threadクラスを拡張する

この方法はシンプルですが、flexibleではありません。

public class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("Thread is running!");
}

public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}

ここでは：

MyThreadクラスを作成し、Threadクラスを拡張します。
run()メソッドをオーバーライドします。
mainメソッドでMyThreadのインスタンスを作成し、start()メソッドを呼び出します。

Thread Priorities（スレッドの優先度）

教室で、ある生徒が他の生徒よりも頻繁に質問されるのと同じように、スレッドにも異なる優先度があります。優先度の範囲は1（最も低い）から10（最も高い）までで、デフォルトは5です。

public class PriorityDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> System.out.println("I'm thread 1"));
Thread t2 = new Thread(() -> System.out.println("I'm thread 2"));

t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); // 優先度 1
t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 優先度 10

t1.start();
t2.start();
}
}

この例では、t2は優先度が高いので、t1よりも先に実行される可能性があります。しかし、スレッドのスケジューリングは予測不可能なので、優先度に過度に依存しないでください！

Important Thread Methods（重要なスレッドメソッド）

Threadクラスのいくつかの重要なメソッドを見てみましょう：

メソッド	説明
start()	スレッドを開始し、run()メソッドを呼び出す
run()	スレッドのタスクを定義するコードを含む
sleep(long millis)	スレッドを指定されたミリ秒数暂停する
join()	スレッドが終了するのを待つ
isAlive()	スレッドが生存しているかどうかをテストする
interrupt()	スレッドを中断する

以下は、これらのメソッドの簡単な使用例です：

public class ThreadMethodsDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("Thread is working: " + i);
try {
Thread.sleep(1000); // 1秒間暂停
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread was interrupted!");
return;
}
}
});

thread.start();
System.out.println("Thread is alive: " + thread.isAlive());

Thread.sleep(3000); // メインスレッドが3秒間暂停
thread.interrupt(); // スレッドを中断

thread.join(); // スレッドが終了するのを待つ
System.out.println("Thread is alive: " + thread.isAlive());
}
}

この例では、スレッドの開始、生存確認、暂停、中断、終了待ちを示しています。

Major Java Multithreading Concepts（Javaマルチスレッドの主要な概念）

基本を学んだところで、いくつかの高度なマルチスレッドの概念について簡単に触れましょう：

Synchronization: 同時に一つのスレッドだけが共有リソースにアクセスできるようにする。
Deadlock: 二つ以上のスレッドが互いにロックを解放しあう待ち状態になり、進行不能になる状況。
Thread Pool: タスクを待っているワーカースレッドのグループで、複数回再利用できます。
Concurrent Collections: マルチスレッド環境で使用されるためのスレッドセーフなコレクション。

これらの概念は効率的でバグのないマルチスレッドアプリケーションを書くために非常に重要ですが、それはまた別の話題です！

Conclusion（結論）

おめでとうございます！Javaのマルチスレッドの世界への第一歩を踏み出しました。スレッドとは何か、どのように作成し、基本的なメソッドでどのように扱うかについて学びました。

忘れてはならないのは、マルチスレッドは強力なツールですが、慎重に使用しないと複雑さや潜在的なバグを引き起こす可能性があります。Javaの旅を続ける中で、引き続き練習し、高度なマルチスレッドの概念を探求してください。

ハッピーコーディング、そしてあなたのスレッドが常にスムーズに進むことを祈っています！

Credits: Image by storyset