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組込ライブラリ（Thread::ConditionVariable）

Ruby

組込ライブラリ（Thread::ConditionVariable）

　スレッド同期するための状態変数。

成果物

情報源

Thread::ConditionVariable

スレッドの同期機構の一つである状態変数を実現するクラスです。

以下も ConditionVariable を理解するのに参考になります。

https://ruby-doc.com/docs/ProgrammingRuby/html/tut_threads.html#UF

Condition Variable とは

あるスレッド A が排他領域で動いていたとします。スレッド A は現在空いていないリソースが必要になったので空くまで待つことにしたとします。これはうまくいきません。なぜなら、スレッド A は排他領域で動いているわけですから、他のスレッドは動くことができません。リソースを空けることもできません。スレッド A がリソースの空きを待っていても、いつまでも空くことはありません。

　いわゆるデッドロック。

以上のような状況を解決するのが Condition Variable です。

　これ前どこかで見たかも。

スレッド a で条件(リソースが空いているかなど)が満たされるまで wait メソッドでスレッドを止めます。他のスレッド b において条件が満たされたなら signal メソッドでスレッド a に対して条件が成立したことを通知します。これが典型的な使用例です。

mutex = Mutex.new
cv = ConditionVariable.new

a = Thread.start {
    mutex.synchronize {
      ...
      while (条件が満たされない)
        cv.wait(mutex)
      end
      ...
    }
}

b = Thread.start {
    mutex.synchronize {
      # 上の条件を満たすための操作
      cv.signal
    }
}

以下は [ruby-list:14445] で紹介されている例です。@q が空になった場合、あるいは満タンになった場合に Condition Variable を使って wait しています。

require 'thread'

class TinyQueue
  def initialize(max=2)
    @max = max
    @full = ConditionVariable.new
    @empty = ConditionVariable.new
    @mutex = Mutex.new
    @q = []
  end

  def count
    @q.size
  end

  def enq(v)
    @mutex.synchronize{
      @full.wait(@mutex) if count == @max
      @q.push v
      @empty.signal if count == 1
    }
  end

  def deq
    @mutex.synchronize{
      @empty.wait(@mutex) if count == 0
      v = @q.shift
      @full.signal if count == (@max - 1)
      v
    }
  end

  alias send enq
  alias recv deq
end

if __FILE__ == $0
  q = TinyQueue.new(1)
  foods = 'Apple Banana Strawberry Udon Rice Milk'.split
  l = []

  th = Thread.new {
    for obj in foods
      q.send(obj)
      print "sent ", obj, "\n"
    end
    q.send nil
  }

  l.push th

  th = Thread.new {
    while obj = q.recv
      print "recv ", obj, "\n"
    end
  }
  l.push th

  l.each do |t|
    t.join
  end
end

実行すると以下のように出力します。

$ ruby condvar.rb
sent Apple
recv Apple
sent Banana
recv Banana
sent Strawberry
recv Strawberry
sent Udon
recv Udon
sent Rice
recv Rice
sent Milk
recv Milk

メンバ抜粋

特異メソッド

new

インスタンスメソッド

broadcast signal wait
メソッド 概要
wait mutexのロックを解放しカレントスレッドを停止する
broadcast ロックし状態変数を待っているスレッドをすべて再開する
signal ロックし状態変数を待っているスレッドを1つ再開する

new

cv = ConditionVariable.new

所感

　なんか複雑。

対象環境

$ uname -a
Linux raspberrypi 5.10.52-v7l+ #1441 SMP Tue Aug 3 18:11:56 BST 2021 armv7l GNU/Linux