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2019年12月7日

javaでのスレッド制御（joinとsynchronized）

javaでは、スレッドを立てて処理を並列に行うことができます。
しかし、並列に処理を行う際、処理順を制御しなければならないことがあります。

処理順の制御方法として基本的な方法として、joinを使う方法とsynchronizedを使う方法があります。
joinを使うことで、スレッドが終わるのを待つことができます。
また、synchronizedを使うことで、複数のスレッドが同じ処理を同時に行わないように制御することができます。

以下は、joinやsynchronizedを使って制御を行うサンプルコードです。
１つのスレッドで５回の処理を行うサンプルであり、そのスレッドを２つ立てます。
また、スレッド間で同一のオブジェクト（staticなオブジェクト）を共有しており、そのオブジェクトでは合計何回処理が行われたのかをカウントしています。

制御を行わない場合は、どちらのスレッドが先に処理するのかが定まりません。また、共有オブジェクトでのカウントを２つのスレッドで同時に行うためにカウントも上手く行きません。
joinによる制御を行う場合は、スレッド１の５回の処理が終わってからスレッド２の処理に移る、という制御が可能になります。
synchronizedによる制御を行う場合は、スレッド１とスレッド２が同時に動いても、共有オブジェクトでのカウントは同時には行われず、上手くカウントすることができます。

【サンプルコード】

・ThreadMain.java

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {

        // スレッドのインスタンスを作成
        ThreadBody test1 = new ThreadBody("スレッド１");
        ThreadBody test2 = new ThreadBody("スレッド２");

        // スレッド１の実行
        test1.start();

        // ①スレッド１が終了するまで待機
        /*
        try {
            test1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            // 例外処理
            e.printStackTrace();
        }
        */

        // スレッド２の実行
        test2.start();
    }
}

public class ThreadMain {

public static void main(String[] args) {

// スレッドのインスタンスを作成

ThreadBody test1 = new ThreadBody("スレッド１");

ThreadBody test2 = new ThreadBody("スレッド２");

// スレッド１の実行

test1.start();

// ①スレッド１が終了するまで待機

try {

test1.join();

} catch (InterruptedException e) {

// 例外処理

e.printStackTrace();

}

// スレッド２の実行

test2.start();

}

・ThreadBody.java

public class ThreadBody extends Thread{

    private String threadName = null;
    private static ThreadCounter threadCounter = new ThreadCounter();

    ThreadBody(String threadName){
        this.threadName = threadName;
    }

    public void run(){
        for (int i = 0; i &lt; 5; i++) {
                threadCounter.countUp();
                System.out.println(threadName+"の"+(i+1)+"回目の処理");
        }
    }
}

public class ThreadBody extends Thread{

private String threadName = null;

private static ThreadCounter threadCounter = new ThreadCounter();

ThreadBody(String threadName){

this.threadName = threadName;

}

public void run(){

for (int i = 0; i < 5; i++) {

threadCounter.countUp();

System.out.println(threadName+"の"+(i+1)+"回目の処理");

}

・ThreadCounter.java

public class ThreadCounter {

    private int count;

    public void countUp() {
        // ②複数スレッドで同時実行されないよう同期を取る
        // synchronized (this) {
            // 1000ミリ秒スリープ
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            count++;
            System.out.println("処理回数："+count);
        // }
    }
}

public class ThreadCounter {

private int count;

public void countUp() {

// ②複数スレッドで同時実行されないよう同期を取る

// synchronized (this) {

// 1000ミリ秒スリープ

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

count++;

System.out.println("処理回数："+count);

// }

}

【実行結果】

・そのまま実行した場合

処理回数：2
処理回数：2
スレッド１の1回目の処理
スレッド２の1回目の処理
処理回数：3
処理回数：4
スレッド１の2回目の処理
スレッド２の2回目の処理
処理回数：6
処理回数：6
スレッド２の3回目の処理
スレッド１の3回目の処理
処理回数：8
処理回数：8
スレッド２の4回目の処理
スレッド１の4回目の処理
処理回数：10
処理回数：10
スレッド２の5回目の処理
スレッド１の5回目の処理

処理回数：2

スレッド１の1回目の処理

スレッド２の1回目の処理

処理回数：3

処理回数：4

スレッド１の2回目の処理

スレッド２の2回目の処理

処理回数：6

スレッド２の3回目の処理

スレッド１の3回目の処理

処理回数：8

スレッド２の4回目の処理

スレッド１の4回目の処理

処理回数：10

スレッド２の5回目の処理

スレッド１の5回目の処理

・①のコメントアウトを外した場合(join)

処理回数：1
スレッド１の1回目の処理
処理回数：2
スレッド１の2回目の処理
処理回数：3
スレッド１の3回目の処理
処理回数：4
スレッド１の4回目の処理
処理回数：5
スレッド１の5回目の処理
処理回数：6
スレッド２の1回目の処理
処理回数：7
スレッド２の2回目の処理
処理回数：8
スレッド２の3回目の処理
処理回数：9
スレッド２の4回目の処理
処理回数：10
スレッド２の5回目の処理

処理回数：1

スレッド１の1回目の処理

処理回数：2

スレッド１の2回目の処理

処理回数：3

スレッド１の3回目の処理

処理回数：4

スレッド１の4回目の処理

処理回数：5

スレッド１の5回目の処理

処理回数：6

スレッド２の1回目の処理

処理回数：7

スレッド２の2回目の処理

処理回数：8

スレッド２の3回目の処理

処理回数：9

スレッド２の4回目の処理

処理回数：10

スレッド２の5回目の処理

・②のコメントアウトを外した場合(synchronized)

処理回数：1
スレッド１の1回目の処理
処理回数：2
スレッド２の1回目の処理
処理回数：3
スレッド１の2回目の処理
処理回数：4
スレッド２の2回目の処理
処理回数：5
スレッド１の3回目の処理
処理回数：6
スレッド２の3回目の処理
処理回数：7
スレッド１の4回目の処理
処理回数：8
スレッド２の4回目の処理
処理回数：9
スレッド１の5回目の処理
処理回数：10
スレッド２の5回目の処理

処理回数：1

スレッド１の1回目の処理

処理回数：2

スレッド２の1回目の処理

処理回数：3

スレッド１の2回目の処理

処理回数：4

スレッド２の2回目の処理

処理回数：5

スレッド１の3回目の処理

処理回数：6

スレッド２の3回目の処理

処理回数：7

スレッド１の4回目の処理

処理回数：8

スレッド２の4回目の処理

処理回数：9

スレッド１の5回目の処理

処理回数：10

スレッド２の5回目の処理

いかがでしたでしょうか。

性能要件を満たすためにスレッドが必要になることがあるのですが、その際にスレッド制御の方法を知らないと処理の同期が取れずに障害になってしまうことが多いです。
今スレッドを使っていなかったとしても、いつ使うようになるかわかりませんので、こういったスレッド制御の方法を知っておいて損はありません。

では、また次回！

2019年12月1日

単なるstaticとsingletoneパターンの違い

オブジェクト指向プログラミングのプログラミング手法で、「singleton（シングルトン）」と呼ばれる手法があります。
この手法は、プロジェクト内で共通的に使われるインスタンスを１つだけ予め作成し、外部のクラスにはそのインスタンスを使用させる、という手法です。

この手法を学んだ時に「インスタンスを１つにすれば良いなら、クラス変数やメソッドをstaticにするだけで良いのでは？」と思ったので、試しにテストコードを書いてみました。
単純なstaticでは使用者側で好きにインスタンスを作成できる（実態としては１つ）のですが、singletonとしてインスタンスを作成すれば使用者側でのインスタンス作成を防ぎ、明示的にインスタンスを１つにできることを確認しました。

【テストコード】

・StaticMemory.java

public class StaticMemory {

    private static int num = 0;

    public static void setNum(int arg) {
        num = arg;
    }

    public static int getNum() {
        return num;
    }

}

public class StaticMemory {

private static int num = 0;

public static void setNum(int arg) {

num = arg;

}

public static int getNum() {

return num;

}

・SingletoneMemory.java

public class SingletoneMemory {

    private static int num = 0;
    private static SingletoneMemory instance = new SingletoneMemory();

    private SingletoneMemory(){
        // インスタンスを生成
    }

    public static SingletoneMemory getInstance(){
        return instance;
    }

    public static void setNum(int arg) {
        num = arg;
    }

    public static int getNum() {
        return num;
    }

}

public class SingletoneMemory {

private static int num = 0;

private static SingletoneMemory instance = new SingletoneMemory();

private SingletoneMemory(){

// インスタンスを生成

}

public static SingletoneMemory getInstance(){

return instance;

}

public static void setNum(int arg) {

num = arg;

}

public static int getNum() {

return num;

}

・MemoryTestMain.java

public class MemoryTestMain {

    // 要件：最新の値をメモリに保持したい
    @SuppressWarnings("static-access")
    public static void main(String[] args) {

        int recentNum = 0; // 最新の値

        // 普通のStaticなクラスを使った場合
        recentNum = 1;
        StaticMemory.setNum(recentNum);

        // 使う側がオブジェクトを作れてしまう
        StaticMemory instance1 = new StaticMemory();
        recentNum = 2;
        instance1.setNum(recentNum);

        StaticMemory instance2 = new StaticMemory();
        recentNum = 3;
        instance2.setNum(recentNum);

        // Staticなので実際には何れのオブジェクトも同じアドレスを指す
        System.out.println("元のStaticクラス："+StaticMemory.getNum());
        System.out.println("作ったオブジェクト１："+instance1.getNum());
        System.out.println("作ったオブジェクト２："+instance2.getNum());

        // Singletoneなクラスを使った場合
        // オブジェクトがprivateなので外部から作れない（下記はエラー）
        // SingletoneMemory instance3 = new SingletoneMemory();

        // 唯一のオブジェクトを取得する必要がある
        recentNum = 4;
        SingletoneMemory.getInstance().setNum(recentNum);
        System.out.println
        ("Singletoneクラス："+SingletoneMemory.getInstance().getNum());

    }

}

public class MemoryTestMain {

// 要件：最新の値をメモリに保持したい

@SuppressWarnings("static-access")

public static void main(String[] args) {

int recentNum = 0; // 最新の値

// 普通のStaticなクラスを使った場合

recentNum = 1;

StaticMemory.setNum(recentNum);

// 使う側がオブジェクトを作れてしまう

StaticMemory instance1 = new StaticMemory();

recentNum = 2;

instance1.setNum(recentNum);

StaticMemory instance2 = new StaticMemory();

recentNum = 3;

instance2.setNum(recentNum);

// Staticなので実際には何れのオブジェクトも同じアドレスを指す

System.out.println("元のStaticクラス："+StaticMemory.getNum());

System.out.println("作ったオブジェクト１："+instance1.getNum());

System.out.println("作ったオブジェクト２："+instance2.getNum());

// Singletoneなクラスを使った場合

// オブジェクトがprivateなので外部から作れない（下記はエラー）

// SingletoneMemory instance3 = new SingletoneMemory();

// 唯一のオブジェクトを取得する必要がある

recentNum = 4;

SingletoneMemory.getInstance().setNum(recentNum);

System.out.println

("Singletoneクラス："+SingletoneMemory.getInstance().getNum());

}

【実行結果】

元のStaticクラス：3
作ったオブジェクト１：3
作ったオブジェクト２：3
Singletoneクラス：4

元のStaticクラス：3

作ったオブジェクト１：3

作ったオブジェクト２：3

Singletoneクラス：4

いかがでしたでしょうか。

「singleton」は、GoFの23個のデザインパターンの内の1つに数えられる手法です。
デザインパターンはオブジェクト指向プログラミングのプログラミング手法をまとめたものであり、効率的なプログラミングを行う上で有効ですので、これからも紹介していくと思います。

では、また次回！

2019年11月23日2019年11月25日

現新比較の方法

情報処理技術者試験では出題されないのですが、IT技術者として当然知っておくべきテスト手法として「現新比較」というものがあります。
これは、システムを改修した際に思わぬ箇所に影響が出ていないことを確認する（無影響確認）ための手法であり、改修前の出力と改修後の出力を比較し、改修の影響を受けるべき箇所以外は差異がないことを確認する、というものです。

この手法は単体テストからリリース後の確認まで工程を問わず使用される手法です。
例えば、プログラムを製造する場面で、「販売情報管理システムの取引ファイル出力プログラムについて、ポイント払いのレコード（ポイント払いされた場合）にポイントの有効期限を更新するように改修する。それ以外の箇所は変更しない。」という改修を行った場合、単体テストでは「ポイント払いのレコードはポイントの有効期限以外は現新で差異が無いこと」「ポイント払い以外のレコードは現新で差異が無いこと」を検証するべきです。

直すべきところだけ直したつもりなのに、知らず知らずの内に他の箇所にも影響していたというのは意外とよくあります。
現新比較を行わないと、本来見つかるはずのバグが見つからず、後でバグが見つかることになってしまいます。
システム開発に慣れ始めた頃が危ないです。「この改修で他に影響するわけないだろう」と思わず、現新比較はしっかり行うようにして下さい。

現新比較の具体的な方法としては、以下のようなものがあります。

１．ファイル・テーブル・電文のレコード等、出力が文字列の場合

・WindowsのfcコマンドやLinuxのdiffコマンド

完全一致する場合等、ごく簡単な場合に。

・WinMerge等の差異比較用のソフトウェア

１レコードの内の一部が異なっている場合がある等、少し複雑な場合に。

・Excelやjava等で作成した独自ツール

複雑なデータ加工が必要な場合に。
改行コード付与や一部項目除外等で済むなら、Linuxのfoldコマンドやcutコマンド等を組み合わせるだけでも十分です。

２．Windowsで生成した帳票・ハガキ等、出力がPDFファイルの場合

・２つのPDFファイルを開き、画面を切り替えて目視

アナログですが、簡単な比較なら結局これが一番早いです。

・AdobeAcrobatやDiffPDF等のPDF比較用のソフトウェア

大量のPDFファイルを機械的に比較する必要があるなら必要です。

３．Web画面のキャプチャ等、出力が画像の場合

・２つの画像を異なるファイルの同じ個所に張り付け、画面を切り替えて目視

アナログですが、簡単な比較なら結局これが一番早いです。

・ImageMagick等の画像比較用のソフトウェア

ソフトウェアを導入することで、流行りの自動化も可能になります。

４．プリンターで出力した帳票やハガキ等、出力が紙媒体の場合

・出力された紙を重ねて透かして目視

アナログですが、これしか手段がない気がします。

いかがでしたでしょうか。

現新比較について研修という形で座学で教わることは少ないと思いますが、実務では重要になります。
まだ実務で現新比較をあまり行ったことがないのであれば、こういったことを実務では行っているということを知っておいた方がスムーズに仕事に取り掛かれると思います。

次回からも役に立つ情報を提供していきたいと思います！

2019年11月18日

基本情報処理技術者試験のpythonのサンプル問題を解いてみた

2019年10月28日にIPAから基本情報処理技術者試験のpythonのサンプル問題が公表されたので、解いてみました。
既に基本情報技術者試験.comから解説も出ています。

【2019年10月28日公開】基本情報技術者試験　Pythonサンプル問題｜基本情報技術者試験.com

解いてみた感想を一言で言うと、
「pythonに詳しくなくても、頑張ってトレースすれば解ける」
と思いました。
シラバスの内容を照らし合わせて考えてみても、pythonの細かい文法知識を問われているというよりは、pythonを使って各種ライブラリを使いこなせるかどうかを問われていると思って良いでしょう。

サンプル問題を全問正解するには、以下に示す前提知識が必要になります。
高校の文系数学の知識はないと厳しいですが、pythonの知識はそこまで深く問われているわけではありません。
疑似言語を解けるだけの技量があれば、pythonの知識不足で点を落とす可能性があるのは9問中1問（設問２のc）だけだと思います。
言語選択の問題で、自分が得意な言語の問題がたまたま苦手な問題であった場合、試しにpythonの問題を見てみても良いのでは、と思いました。

【数学の知識】

・0度の場合はx軸を右側に進む

・一回転は360度である

・三角比の知識

【pythonの知識】

・文字列のスライシング

例えば、x[2:5]とすれば３文字目から５文字目を取得できる。
始点と終点は省略できる。
（人によっては、知らなくても選択肢から察しがつくかもしれない）

・stackの使い方

（ただし、設問中のロジックを見れば、知らなくても十分に察しがつく）

ちょっと今回は普段とは毛色の違う記事を書いてみました。

基本情報処理技術者試験は既に合格済みなのですが、合格した後も試験内容の変更には敏感であった方が良いのではないかと思っています。
いつの間にか新人でも知ってるようなことを知らない技術者になってしまったら悲しいですからね。

では、また次回！

2019年11月9日

unix／linux：決められた時刻に処理を実行する（ワンライナー編）

unix/linuxの便利コマンドの紹介です。

テストや補正作業を行う際、決められた時刻に決められたコマンドを実行したい場合があります。
unix/linuxでは、atコマンドを使用することで、決められた時刻に決められたコマンドを自動的に実行するように登録することができます。

しかし、atコマンドを通常の使い方をする場合、対話式にコマンドを入力したりコマンドを記載したファイルを別途用意したりする必要があり、オペレータに作業を依頼したりシェルスクリプトに組み込んだりする場合に都合が悪い場合があります。
そこで、下記のようにプロセス置換（コマンドをファイルに見立てる記法）を用いることで、対話式のコマンド入力やファイルの用意をする必要がなくなります。

・20:00に/home/hoge/test.txt（空ファイル）を作成するように登録する例

#> at 20:00 -f <(touch /home/hoge/test.txt)

OSのバージョンやatコマンドの設定によっては、atコマンドを使用できない場合もあります。
その場合は、下記のようにループ処理とバックグラウンドを併用することで、atコマンドと同じようなことを実現できます。

・20:00に/home/hoge/test.txt（空ファイル）を作成するように登録する例

#> (TIME=date "+%H%M"; while[${TIME} -lt 2000]; do sleep 60; TIME=date “+%H%M”; done; touch /home/hoge/test.txt) &

いかがでしたでしょうか。

unix/linuxのコマンドを使いこなせるようになると、できる作業の幅が広がります。
今回紹介したコマンドも、使う機会が少なくないのではと思います。

これからも、便利コマンドを紹介していきたいと思います！