- Go Conference 2023の発表「よくわかるThe Go Memory Model」の用語集です。
- 発表中よりも少し詳しい内容を書く場合があります。
大雑把には、次のことを意味します:
あるプログラムが「逐次一貫モデルに従う」とは、そのプログラムの実行結果が、「全ての演算を何らかの方法で一列に並べて、その通りの順序で演算を実行していった結果として説明できる」ということです。
- ただし、その順序は、同一のgoroutineで行われる演算については、プログラムに書かれた順序を逆転させてはいけないものとします。
より正確な理解には、How to Make a Multiprocessor Computer That Correctrly Executes Multiprocess Programsが役立ちます。
The Go Memory Modelでは次の表現で説明されていますが、同じ意味です。
behave as if all the goroutines were multiplexed onto a single processor.
全てのゴルーチンが一つのプロセッサーの上に多重化されたかのように振る舞う
メモリーに読み書きする演算のことです。発表中では単に「演算」と呼びます。次のようなものは全て「メモリー演算」です。
a = 1 // aに対する書き込み演算(write)
print(a) // aに対する読み込み演算(read)
var mu sync.Mutex
mu.Lock() // muに対するwrite-likeな同期演算
mu.Unlock() // muに対するread-likeな同期演算
ch := make(chan struct{})
<-ch // chに対する
ch<-struct{}{}メモリー演算は、"read-like","write-like"という性質で分類できます。どんなメモリー演算も、少なくとも"read-like"であるか"write-like"です。read-likeかつwrite-likeな演算もあるので、3通りに分類されます。
| 性質 | 具体例 |
|---|---|
| read-like | print(a)におけるaに対する読み込み, <-ch, sync.(*Mutex).Lock |
| write-like | a = 1, ch<-, sync.(*Mutex).Unlock |
| read-like AND write-like | atomic.CompareAndSwap~ |
また、同期演算(synchronizing operation)とそれ以外の演算とでも分類されます。
| 同期演算かそれ以外か | 具体例 |
|---|---|
| 同期演算 | <-ch, sync.(*Mutex).Lock |
| それ以外の演算 | a = 1, print(a)におけるaに対する読み込み |
「それ以外の演算」のことを発表中では「ふつうの演算」と呼びます。
2つの演算の間の順序関係で、< >を使って表せます。ただし、a < b も b > aも成り立たない場合があります。
- 同一goroutineの演算同士は、プログラムに書かれた順番通りにhappens-before関係が成り立ちます。
- 異なるgoroutineの演算同士は、所定の同期演算のペアになっている場合にだけhappens-before関係が成り立ちます。
プログラムの2つの演算がconcurrent(並行)であるとは、a happens before bが成り立たず、かつ、b happens before aも成り立たないことを言います。
あるread演算rが書き込み演算wを観測可能なのは、次のいずれかが成り立つときです。
w < rであり、wとは別な書き込み演算wであってw < w' < rを満たすものが存在しないwとrが並行である
2つのメモリー演算a, bが次の条件を満たすとき、「aとbはdata raceを構成する」といいます。
- a, bは異なるgoroutineに属する
- a, bのうち少なくともどちらかが書き込み演算(write)である
- a, bの対象とするメモリー位置が重なっている(典型的には、同一変数に対する演算である)
- a, bは並行(concurrent)である
あるプログラムが決してdata raceを発生させないとき、そのプログラムはdata-race-freeであるといいます。 ここで、「決して」とつけているのは、プログラムによっては実行するたびにhappens-before関係が異なる場合があるので、その発生しうるhappens-before関係のどれをとってもdata-raceが発生していないときに初めてdata-race-freeと呼ばれるからです。
プログラム言語のメモリーモデルが、「data-race-freeなプログラムに対しては逐次一貫モデルの成立を保証する」とき、そのメモリーモデルは「DRF-SCである」といいます。
Go言語をはじめとして、メモリーモデルを持つ多くの現代的プログラム言語は「DRF-SC」です。例として、C, C++, Java, JavaScript, Rustがあります。
DRF-SCなメモリーモデルは、data raceを発生させるプログラムの取り扱いによってさらに分類できます。 特に、data raceに対する振る舞いが「未定義動作」であるようなメモリーモデルは、「DRF-SC or Catch Fire」である、などと言われることがあります。 C, C++, Rustは「DRF-SC or Catch Fire」であるメモリーモデルを持ちます。 Java, JavaScript, Goは「DRF-SC or Catch Fire」ではありません。つまり、data-raceが発生した場合の振る舞いが「未定義動作」ではなく、起こりうる有限個の結果がメモリーモデルによって定められています。