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| 原作者 | サイモン・ペイトン・ジョーンズ アンドリュー・D・ゴードン シグビョルン・フィンネ |
|---|---|
| 開発者 | グラスゴー・ハスケル・チーム |
| 初回リリース | 1996年1月1日 |
| 安定版リリース | GHC 9.10.1 / 2024年5月10日 |
| リポジトリ | downloads.haskell.org/ghc/8.10.3/docs/html/libraries/base-4.14.1.0/Control-Concurrent.html |
| 書かれた | ハスケル |
| オペレーティング·システム | Linux、FreeBSD、macOS、Windows 2000 |
| プラットフォーム | AArch64、x86-64、グラスゴー Haskell コンパイラ(GHC) |
| 含まれるもの | グラスゴー Haskell コンパイラ |
| 利用可能 | 英語 |
| タイプ | 図書館 |
| ライセンス | BSD 3 節(新規) |
| Webサイト | ダウンロード.haskell.org/ghc/8.10.3/docs/html/users_guide/Parallel.html |
Concurrent Haskell（Control.Concurrent、またはConcurrent and Parallel Haskellとも呼ばれる）は、関数型 プログラミング言語 Haskellの拡張機能であり、並行性のための明示的な基本データ型を追加します。[1]これは最初にHaskell 98に追加され、その後Glasgow Haskell Compilerの一部として含まれるという名前のライブラリになりました。
Control.Concurrent
その 2 つの主な基本概念は次のとおりです。
- 境界付き/単一プレースの非同期チャネルを実装するプリミティブ データ型 。空であるか、型 の値を保持します。
MVar αα - プリミティブを介して同時スレッドを生成する機能
forkIO。
これに基づいて、無制限のチャネル、セマフォ、サンプル変数などの便利な並行性と同期の 抽象化[2]のセットが構築されています。
Haskell スレッドのオーバーヘッドは非常に低く、作成、コンテキスト切り替え、およびスケジュール設定はすべて Haskellランタイム システムの内部で行われます。これらの Haskell レベルのスレッドは、構成可能な数のオペレーティング システム(OS) レベルのスレッド (通常はプロセッサ コアごとに 1 つ) にマッピングされます。
ソフトウェアトランザクションメモリ
グラスゴー・ハスケル・コンパイラ（GHC）のソフトウェア・トランザクショナル・メモリ（STM）拡張[3]は、コンカレント・ハスケルのプロセスフォーク・プリミティブを再利用します。しかし、STMは次のような特徴を持っています。
- を回避して、
MVarを優先しますTVar。 retryおよびプリミティブを導入しorElse、代替のアトミック アクションを一緒に構成できるようにします。
STM モナド
STMモナド[4]はHaskellにおけるソフトウェアトランザクションメモリの実装である。GHCで実装されており、トランザクション内で可変変数を変更することができる。
伝統的なアプローチ
例として、銀行アプリケーションとその中のトランザクション（ある口座からお金を引き出して別の口座に移す転送関数）を考えてみましょう。IO モナドでは、これは次のようになります。
タイプアカウント= IORef整数
transfer :: Integer -> Account -> Account -> IO ()転送金額from to = do fromVal <- readIORef from -- (A) toVal <- readIORef to writeIORef from ( fromVal - amount ) writeIORef to ( toVal + amount )
これにより、同じ口座で複数の振替が同時に行われる可能性がある同時実行状況で問題が発生します。口座 から資金を振替する振替が 2 つありfrom、(A)どちらかが新しい値を書き込む前に両方の transfer 呼び出しが実行された場合、資金は他の 2 つの口座に入金され、振替対象の金額の 1 つだけが口座 から削除される可能性がありfrom、競合状態が発生します。これにより、銀行アプリケーションは不整合な状態になります。
このような問題に対する従来の解決策はロックです。たとえば、アカウントの変更にロックを設定することで、クレジットとデビットがアトミックに行われるようにすることができます。Haskell では、ロックは MVars によって実現されます。
タイプアカウント= MVar整数
credit :: Integer -> Account -> IO ()クレジット金額account = do current <- takeMVar account putMVar account ( current + amount )
debit :: Integer -> Account -> IO ()借方金額account = do current <- takeMVar account putMVar account ( current - amount )
このような手順を使用すると、個々のアカウントへの読み取りと書き込みの不適切なインターリーブによってお金が失われたり得られたりすることがなくなります。ただし、転送のような手順を作成するためにこれらを組み合わせて作成しようとすると、次のようになります。
transfer :: Integer -> Account -> Account -> IO ()からへの転送金額=からへの借方金額からへの貸方金額
競合状態は依然として存在します。最初のアカウントから引き落とされた後、スレッドの実行が中断され、アカウント全体が不整合な状態になることがあります。したがって、複合操作の正確性を保証するために追加のロックを追加する必要があり、最悪の場合、特定の操作で使用されるアカウントの数に関係なく、すべてのアカウントをロックする必要があるかもしれません。
アトミックトランザクション
これを回避するには、STM モナドを使用します。STM モナドを使用すると、アトミック トランザクションを記述できます。つまり、トランザクション内のすべての操作は、トランザクションが使用している変数を他のスレッドが変更することなく完全に完了します。変更しない場合は、トランザクションが失敗し、状態はトランザクション開始前の状態にロールバックされます。つまり、アトミック トランザクションは完全に完了するか、まったく実行されなかったかのどちらかです。上記のロック ベースのコードは、比較的簡単に変換できます。
タイプアカウント= TVar整数
credit :: Integer -> Account -> STM ()クレジット金額account = do current <- readTVar account writeTVar account ( current + amount )
debit :: Integer -> Account -> STM ()借方金額account = do current <- readTVar account writeTVar account ( current - amount )
振替::整数->アカウント- >アカウント-> STM ()振替金額からへ=借方金額から貸方金額へ
の戻り値の型は、STM ()トランザクションのスクリプトを作成していることを示すために使用できます。実際にこのようなトランザクションを実行するときは、関数がatomically :: STM a -> IO a使用されます。上記の実装により、実行中に他のトランザクションが (from および to) 使用している変数に干渉することがなくなり、開発者は上記のような競合状態が発生しないことを確信できます。さらに改善を加えることで、他の「ビジネス ロジック」がシステム内で維持されるようにすることができます。つまり、十分な金額が口座に貯まるまで、トランザクションが口座からお金を引き出そうとしないようにします。
transfer :: Integer -> Account -> Account -> STM ()転送金額からからへ= fromVal <- readTVar from を実行するif ( fromVal - amount ) >= 0 then do debit amount from credit amount to else retry
ここでは、retryトランザクションをロールバックして再試行する関数が使用されています。STM での再試行は、トランザクション中に参照する変数の 1 つが他のトランザクション コードによって変更されるまで、トランザクションを再度実行しないという点でスマートです。これにより、STM モナドは非常に効率的になります。
伝達関数を使用したプログラム例は次のようになります。
モジュールメイン
Control.Concurrent ( forkIO )をインポートControl.Concurrent.STMをインポートControl.Monad ( forever )をインポートSystem.Exit ( exitSuccess )
タイプアカウント= TVar整数
main = do bob <- newAccount 10000 jill <- newAccount 4000 repeatIO 2000 $ forkIO $ atomically $ transfer 1 bob jill forever $ do bobBalance <- atomically $ readTVar bob jillBalance <- atomically $ readTVar jill putStrLn ( "Bob の残高: " ++ show bobBalance ++ ", Jill の残高: " ++ show jillBalance ) if bobBalance == 8000 then exitSuccess else putStrLn "再試行しています。"
repeatIO ::整数-> IO a -> IO a repeatIO 1 m = m repeatIO n m = m >> repeatIO ( n - 1 ) m
newAccount :: Integer -> IOアカウントnewAccount金額= newTVarIO金額
transfer :: Integer -> Account -> Account -> STM ()転送金額からからへ= fromVal <- readTVar from を実行するif ( fromVal - amount ) >= 0 then do debit amount from credit amount to else retry
credit :: Integer -> Account -> STM ()クレジット金額account = do current <- readTVar account writeTVar account ( current + amount )
debit :: Integer -> Account -> STM ()借方金額account = do current <- readTVar account writeTVar account ( current - amount )
これは「ボブの残高: 8000、ジルの残高: 6000」と出力します。ここでは、atomically関数は IO モナドで STM アクションを実行するために使用されています。
参考文献
- ^ ペイトン・ジョーンズ、サイモン、ゴードン、アンドリュー・D、フィンネ、シグビョルン（1996年1月1日）。フロリダ州ピーターズバーグビーチで執筆。Concurrent Haskell。ACM SIGPLAN-SIGACT プログラミング言語の原則に関するシンポジウム（PoPL）。ニューヨーク州ニューヨーク：Association for Computing Machinery（ACM）。ISBN 978-0-89791-769-8。(一部のセクションは、以降の実装では古くなっています。)
- ^ Haskell 階層ライブラリ、Control.Concurrent 2012-08-02 archive.todayにアーカイブ
- ^ Tim Harris、Simon Marlow、Simon Peyton Jones、Maurice Herlihy。「Composable Memory Transactions」。ACM Symposium on Principles and Practice of Parallel Programming 2005 (PPoPP'05)。2005 年。
- ^ 制御.同時.STM
外部リンク
- 公式サイト