概要

HaskellのスレッドシステムとSTMについて調べたので、ここにまとめます。

Haskellのスレッドシステムは、予想よりも複雑でした。 Haskellの世界で閉じた処理ならば、比較的簡単なのですが、 FFI(Foreign Function Interface: 外部のCの関数を呼び出す仕組み)を使うと、 とたんに複雑になってしまいます。

一度に書くと、量が多いため、数回に分けて書こうと思っています。

注意

今回の調査は、環境に強く依存します。

• GHC 6.8.2
• Mac OS X 10.5.1 (32bit code)

の環境で調べた結果に基づいています。 特にGHC以外の処理系では、このような結果にならないかもしれません。 [*]

Linuxや*BSDの環境には、それほどコードを変更せずに適用出来ると思いますが、 Windows環境には適用するのが難しい所もあります。 また、32bit/64bitの違いでもコードを変更する必要があるかもしれません。

Haskellのスレッドシステムについて

Haskellのスレッドシステムには、2つのスレッドが存在します。 forkIO と forkOS という2つの関数を用いて生成することができます。

forkIO :: IO () -> IO ThreadId
forkOS :: IO () -> IO ThreadId

どちらの関数も、第一引数の IO () のアクションを評価するスレッドを生成し、スレッドIDを返します。 やっている事は同じなのですが、2つの関数では生成されるスレッドの性質が異なっています。 また、 forkOS は必ずしもサポートされているわけではありません [1] 。

スレッドの性質の違いについては、ややこしいので後回しにします。 しばらくは forkIO の方しか使いません。

Haskellの参照型について

forkIO の定義を見てもわかるように、 スレッドで実行されるアクションは値を返すことができません。 しかし、時には別スレッドで実行された結果を受け取りたいこともあります。 そんな時に使うのが、参照型です。

Haskellにはいくつか参照型があり、それぞれ異なる性質を持ちます。代表的なのは以下のものです。

IORef は、高速ですが、 atomicModifyIORef という関数でしか アトミック性を保証出来ません。 また、複数の変数を同時にロックすることができません。

続いて MVar です。これは、ロックのかけられる IORef と捉えることができます。 また、 Chan はこの MVar を用いて実装されているキューです。 複数のスレッドから操作しても壊れることはないように設計されています [2] 。

最後のが、今回中心的に取り上げる、 TVar です。 これは STM モナドの中でのみ操作することができます。 STMとは、"Software Transactional Memory"の略です。 Software Transactional Memoryとは、RDBのそれの様に、 メモリ変更が、完全に成功したか、何もしていないかの二択の状態になるメモリ操作のことです。 一部だけ変更されるという、中途半端な状態を取らないようになります。 また、ハードウエアで実装されたものは、"Hardware Transactional Memory"と呼ばれます。

さっそく動かしてみる

import Control.Concurrent
import Control.Monad (forever)

-- threadDelay in milliseconds.
-- `delay 1000' means that this thread sleeps 1 sec at least.
delay :: Int -> IO ()
delay = threadDelay . (* 1000)

-- Do the first argument action every `time' ms infinitely.
every :: Int -> IO a -> IO ()
every time io = forever $ delay time >> io

main :: IO ()
main = do forkIO $ every 1000 $ putStrLn "a"
          forkIO $ every 500 $ putStrLn "b"
          return ()

ghc -o mt mt.hs

$ ./mt
$

参考文献