【初心者向け】Javaでの並列処理：スレッドを使いこなして効率的なプログラムを作ろう！

Javaプログラミングにおいて、並列処理は効率的で応答性の高いアプリケーションを作成するために欠かせない技術です。複数の処理を同時に実行することで、ユーザー体験を向上させるだけでなく、プログラム全体のパフォーマンスを最適化できます。本記事では、初心者向けにJavaでの並列処理の基本から応用までをわかりやすく解説します。

目次
1. 並列処理とは？
2. Javaでの並列処理を実現する仕組み
1. スレッドとは？
3. スレッドの作成方法
4. 実際に並列処理をやってみよう
5. スレッドの安全性と同期の基本
1. synchronizedを使った同期
6. 次のステップ：Javaの高度な並列処理
7. まとめ

1. 並列処理とは？

並列処理とは、プログラム内で複数のタスクを同時に実行する仕組みのことです。この技術を利用すると、以下のようなメリットがあります：

処理速度の向上：タスクを分割して同時実行することで、全体の処理時間を短縮できます。
応答性の向上：バックグラウンドで重い処理を実行している間も、ユーザー操作に即座に応答できます。
効率的なリソース活用：マルチコアプロセッサを有効に活用することで、システムのパフォーマンスを最大化できます。

例えば、データを読み込む処理とデータを加工する処理を同時に行うことで、全体の処理を高速化できます。

2. Javaでの並列処理を実現する仕組み

Javaでは、並列処理を実現するために「スレッド（Thread）」を使用します。

スレッドとは？

スレッドは、プログラム内で独立して動作する最小の処理単位です。1つのプログラム（プロセス）の中で複数のスレッドを動かすことで、並列処理が可能になります。

Javaには以下のスレッド管理方法があります：

Threadクラス：スレッドを直接操作するクラス。
Runnableインターフェース：実行するタスクを定義するためのインターフェース。
スレッドプール（Executorフレームワーク）：効率的にスレッドを管理する仕組み。

3. スレッドの作成方法

(1) Threadクラスを使う

Threadクラスを継承してスレッドを作成します。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("スレッドが実行されています: " + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start(); // スレッドの開始
    }
}

(2) Runnableインターフェースを使う

Runnableインターフェースを実装してスレッドを作成します。

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnableスレッドが実行されています: " + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start(); // スレッドの開始
    }
}

(3) ラムダ式を使った簡単な方法

Java 8以降、ラムダ式を使うとスレッド作成が簡単になります。

public class LambdaThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("ラムダ式スレッドが実行されています: " + Thread.currentThread().getName());
        });
        thread.start();
    }
}

4. 実際に並列処理をやってみよう

以下の例では、2つのスレッドを並行して実行します。

public class MultiThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread task1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                System.out.println("タスク1: " + i);
            }
        });

        Thread task2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                System.out.println("タスク2: " + i);
            }
        });

        task1.start();
        task2.start();
    }
}

出力結果（例）：

タスク1: 1
タスク2: 1
タスク1: 2
タスク2: 2
...

出力順序はスレッドの実行タイミングに依存するため、毎回異なる可能性があります。

5. スレッドの安全性と同期の基本

複数のスレッドが同じリソースにアクセスすると競合が発生する可能性があります。これを防ぐためには、以下の方法を使います：

synchronizedを使った同期

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

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

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("最終カウント: " + example.getCount());
    }
}