Java - スレッドスケジューラー

こんにちは、未来のJavaの魔法使いたち！今日、私たちはJavaのスレッドスケジューリングのワンダーランドに興味深い旅に出かけます。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 - 私があなたの友好的なガイドで、このトピックを一歩一歩解説します。だから、あなたの仮想の杖（キーボード）を握りしめて、一緒に飛び込もう！

Java - Thread Scheduler

スレッドスケジューリングとは？

詳細に飛び込む前に、スレッドスケジューリングが何を指すのか理解しましょう。あなたがサーカスの指揮者（それはJavaのランタイム）で、複数のパフォーマー（スレッド）がアクトを披露するのを待っていると想象してみてください。あなたの仕事は、どのパフォーマーがどのくらいの時間舞台に上がるかを決めることです。それが基本的にJavaのスレッドスケジューリングが行うことです - 複数のスレッドを管理し、どのスレッドがどのタイミングで実行されるかを決定します。

なぜスレッドスケジューリングが必要なのか？

「どうして全てのスレッドが好きなように実行できないのか？」と思うかもしれません。しかし、全てのサーカスのパフォーマーが同時に披露を試みると、どうなるでしょうか？混沌ですよね！スレッドスケジューリングは、秩序を維持し、公平なリソース割り当てを確保し、全体的なシステムパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。

Javaのスレッドスケジューラー

Javaには、私たちにこの複雑なタスクを扱うための内蔵のスレッドスケジューラーがあります。これは、オペレーティングシステムレベルのスケジューリングと独自のアルゴリズムを組み合わせてスレッドを効率的に管理します。

スレッドの状態

スケジューリングに飛び込む前に、スレッドが存在する異なる状態を簡単に見ておきましょう：

新規
実行可能
実行中
ブロック/待機
終了

スケジューラーは、これらの状態間でスレッドを移動させる責任があります。

基本的なスレッドの作成とスケジューリング

まず、Javaがどのようにスレッドを作成してスケジューリングするかを示す簡単な例から始めましょう：

public class SimpleThreadExample {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("Thread 1: " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("Thread 2: " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

thread1.start();
thread2.start();
}
}

この例では、0から4までの数字を印刷する2つのスレッドを作成します。Thread.sleep(1000)コールは、各スレッドが印刷の間に1秒間停止します。

このプログラムを実行すると、出力が完璧に交互にならないことに気づくでしょう。それは、Javaのスケジューラーがどのタイミングでスレッドを切り替えるかを決定しているからです！

スレッドの優先度

Javaでは、スケジューラーにどのスレッドがより重要であるかのヒントを与えることができます。setPriority()メソッドを使用してスレッドの優先度を設定できます。前の例を修正してみましょう：

public class ThreadPriorityExample {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("低優先度スレッド: " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("高優先度スレッド: " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

thread1.start();
thread2.start();
}
}

この例では、thread1を最も低い優先度に設定し、thread2を最も高い優先度に設定します。これはthread2が常に最初に実行されるか、より頻繁に実行されることを保証するものではありませんが、スケジューラーにthread2を可能な限り優先するようにヒントを与えます。

ScheduledExecutorService

それでは、ScheduledExecutorServiceを使用してスレッドをスケジューリングするより高度な方法を見てみましょう。この強力なツールにより、タスクを遅延後に一度だけ実行するか、固定の間隔で実行するようにスケジューリングできます。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledExecutorExample {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);

Runnable task1 = () -> System.out.println("タスク1が実行されました: " + System.currentTimeMillis());
Runnable task2 = () -> System.out.println("タスク2が実行されました: " + System.currentTimeMillis());

executor.schedule(task1, 5, TimeUnit.SECONDS);
executor.scheduleAtFixedRate(task2, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);

try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

executor.shutdown();
}
}

この例では：

ScheduledExecutorServiceを2つのスレッドで作成します。
task1は5秒の遅延後に一度だけ実行されます。
task2は0秒遅延後から2秒間隔で実行されます。
プログラムを10秒間実行した後、エクゼキュータをシャットダウンします。

これにより、私たちはタスクの実行時間と頻度を正確に制御することができます。

ScheduledExecutorServiceのメソッド

以下は、ScheduledExecutorServiceが提供する主要なメソッドの一覧です：

メソッド	説明
`schedule(Runnable, long, TimeUnit)`	指定された遅延後に一度だけ実行されるタスクをスケジューリング
`scheduleAtFixedRate(Runnable, long, long, TimeUnit)`	始まりの実行から固定の遅延間隔で周期的に実行されるタスクをスケジューリング
`scheduleWithFixedDelay(Runnable, long, long, TimeUnit)`	一つの実行の終わりから次の実行の始まりまでに固定の遅延があるタスクを周期的にスケジューリング

結論

それでは、皆さん！私たちはJavaのスレッドスケジューリングの基本について旅をしました。シンプルなスレッドの作成から、ScheduledExecutorServiceを使用した高度なスケジューリングまでをカバーしました。スレッドスケジューリングはオーケストラを指揮するようなもので、和音とタイミングが全てです。

Javaの冒険を続ける中で、スレッドの挙動をさらに細かく調整する方法をいろいろと見つけるでしょう。しかし、今は自分に拍手をしてください - 並列プログラミングの世界に大きく一歩踏み出しました！

継続的に練習し、好奇心を持ち続け、最も重要なのは、コーディングを楽しんでください！誰しもが、いつかJavaの次世代のスレッドスケジューラーを書くことができるかもしれません。その日が来るまで、幸せなスレッディングを！

Credits: Image by storyset