マルチスレッド処理のためのデータの同期

[アーティクル]
08/09/2011

複数のスレッドが同じオブジェクトのプロパティとメソッドを呼び出す場合は、これらの呼び出しを同期することが重要です。同期しないと、1 つのスレッドが行っていることを別のスレッドが中断し、オブジェクトが無効な状態になってしまうことがあります。メンバーがこのような干渉を受けないように保護されているクラスを、スレッドセーフと呼びます。

共通言語基盤には、インスタンスと静的メンバーへのアクセスを同期するいくつかの方法が用意されています。

同期されたコード領域。 Monitor クラス、またはこのクラスのコンパイラサポートを使用して、パフォーマンスを向上させながら、同期を必要とするコードブロックだけを同期できます。
手動同期。 .NET Framework クラスライブラリに用意されている同期オブジェクトを使用できます。 Monitor クラスについての説明が記載されている「同期プリミティブの概要」を参照してください。
同期されたコンテキスト。 SynchronizationAttribute を使用すると、ContextBoundObject オブジェクトに対して単純な自動同期を有効にできます。
System.Collections.Concurrent 名前空間のコレクションクラス。これらのクラスには、同期された追加操作および削除操作が組み込まれています。詳細については、「スレッドセーフなコレクション」を参照してください。

共通言語ランタイムにはスレッドモデルが用意されていて、要件に応じたさまざまな方法で同期することができる多数のカテゴリにクラスを分類できます。次の表で、各同期カテゴリで提供されるフィールドおよびメソッドに対する同期サポートを示します。

カテゴリ	グローバルフィールド	静的フィールド	静的メソッド	インスタンスフィールド	インスタンスメソッド	特定のコードブロック
同期なし	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ
同期されたコンテキスト	Ｘ	Ｘ	Ｘ	○	○	Ｘ
同期されたコード領域	Ｘ	Ｘ	マークされている場合のみ	Ｘ	マークされている場合のみ	マークされている場合のみ
手動同期	手動	手動	手動	手動	手動	手動

同期なし

これは、オブジェクトに対する既定の設定です。どのスレッドも、すべてのメソッドやフィールドにいつでもアクセスできます。ただし、これらのオブジェクトにアクセスできるスレッドは一度に 1 つだけです。

手動同期

.NET Framework クラスライブラリには、スレッドを同期するためのさまざまなクラスが用意されています。「同期プリミティブの概要」を参照してください。

同期されたコード領域

Monitor クラスまたはコンパイラキーワードを使用して、コードブロック、インスタンスメソッド、および静的メソッドを同期できます。同期された静的フィールドはサポートされません。

Visual Basic および C# のいずれも、コードブロックに特定の言語キーワードのマークを付けることをサポートしています。特定の言語キーワードとは、C# では lock ステートメント、Visual Basic では SyncLock ステートメントです。コードがスレッドによって実行されると、ロックの取得が試みられます。ロックが既に別のスレッドに取得されている場合は、ロックが使用できるようになるまで、そのスレッドがブロックされます。同期されているコードブロック部分の実行をスレッドが終了すると、終了方法に関係なく、ロックが解放されます。

メモ
lock ステートメントおよび SyncLock ステートメントは、Monitor.Enter および Monitor.Exit を使用して実装されるため、Monitor の他のメソッドを、同期された領域内でこれらと組み合わせて使用できます。

また、メソッドを MethodImplAttribute および MethodImplOptions.Synchronized で修飾することもできます。この処理は、Monitor またはメソッド全体をロックするためのコンパイラキーワードの 1 つを使用した場合と同じ結果になります。

Thread.Interrupt を使用すると、同期されたコード領域へのアクセスの待機などのブロック操作から、スレッドを切り離すことができます。また、この Thread.Interrupt を使用することで、Thread.Sleep などの操作からスレッドを切り離すこともできます。

重要
static メソッド (Visual Basic では Shared メソッド) をプロテクトするために、型 (C# の typeof(MyType)、Visual Basic の GetType(MyType)、または C++ の MyType::typeid) をロックしないでください。代わりに、プライベート静的オブジェクトを使用してください。同様に、C# の this (Visual Basic の場合は Me) を使用してインスタンスメソッドをロックしないでください。代わりに、プライベートオブジェクトを使用してください。クラスまたはインスタンスは、独自のコード以外のコードでもロックできますが、デッドロックやパフォーマンス上の問題を引き起こす可能性があります。

static メソッド (Visual Basic では Shared メソッド) をプロテクトするために、型 (C# の typeof(MyType)、Visual Basic の GetType(MyType)、または C++ の MyType::typeid) をロックしないでください。代わりに、プライベート静的オブジェクトを使用してください。同様に、C# の this (Visual Basic の場合は Me) を使用してインスタンスメソッドをロックしないでください。代わりに、プライベートオブジェクトを使用してください。クラスまたはインスタンスは、独自のコード以外のコードでもロックできますが、デッドロックやパフォーマンス上の問題を引き起こす可能性があります。

コンパイラサポート

Visual Basic と C# は、どちらも Monitor.Enter と Monitor.Exit を使用してオブジェクトをロックする言語キーワードをサポートします。 Visual Basic は SyncLock ステートメントをサポートし、C# は lock ステートメントをサポートします。

どちらの場合も、コードブロックで例外がスローされると、lock または SyncLock によって取得されたロックが自動的に解放されます。 C# コンパイラおよび Visual Basic コンパイラは、try ブロックおよび finally ブロックを生成します。try ブロックは先頭に Monitor.Enter を含み、finally ブロックは Monitor.Exit を含みます。 lock ブロックまたは SyncLock ブロック内で例外がスローされると、finally ハンドラーが実行されて、任意のクリーンアップ処理を実行できるようになります。

同期されたコンテキスト

任意の ContextBoundObject で SynchronizationAttribut を使用して、すべてのインスタンスメソッドおよびインスタンスフィールドを同期できます。同じコンテキストドメイン内のすべてのオブジェクトは、同じロックを共有します。複数のスレッドがメソッドやフィールドにアクセスできますが、これらのオブジェクトに一度にアクセスできるのは 1 つのスレッドだけです。