Go 言語 goroutine・channel 並行処理入門

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Go 言語の最大の特徴の一つが、軽量スレッドである goroutine と、 goroutine 間の通信手段である channel による並行処理モデルです。
「メモリを共有することで通信するのではなく、通信することでメモリを共有せよ」という Go の設計思想に基づいています。
本ドキュメントでは基本から実用パターンまでを実例で解説します。

関数呼び出しの前に go キーワードを付けるだけで goroutine として非同期実行されます。 OS スレッドより桁違いに軽量（初期スタック 2KB 程度）で、数千〜数十万の goroutine を同時に扱えます。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func printNumbers(id int) {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        fmt.Printf("goroutine %d: %d\n", id, i)
        time.Sleep(10 * time.Millisecond)
    }
}

func main() {
    go printNumbers(1)
    go printNumbers(2)

    // main が終了すると goroutine も終了するため待機
    time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    fmt.Println("done")
}

time.Sleep で待つのは本番コードには不適切です。後述の sync.WaitGroup や channel で適切に終了を待ちます。

channel は goroutine 間で値を安全に受け渡すキューです。 make(chan T) で unbuffered（同期）、make(chan T, n) で buffered（バッファあり）を作ります。

// unbuffered channel（送受信が同期する）
ch := make(chan int)

go func() {
    ch <- 42  // 受信側が受け取るまでブロック
}()

val := <-ch  // 送信側が送るまでブロック
fmt.Println(val) // 42

// buffered channel（バッファが埋まるまで送信側はブロックしない）
buf := make(chan string, 3)
buf <- "a"
buf <- "b"
buf <- "c"
// buf <- "d"  // バッファが満杯なのでブロックする

fmt.Println(<-buf) // "a"

channel の方向を型で制限することで、意図しない操作を防げます。

// chan<- int : 送信専用
func producer(out chan<- int) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        out <- i
    }
    close(out)  // 送信完了を通知
}

// <-chan int : 受信専用
func consumer(in <-chan int) {
    for v := range in {  // close されるまでループ
        fmt.Println("received:", v)
    }
}

func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    go producer(ch)
    consumer(ch)
}

複数の goroutine がすべて終了するのを待つには sync.WaitGroup を使います。

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)           // カウンタをインクリメント
        go func(id int) {
            defer wg.Done() // 終了時にカウンタをデクリメント
            fmt.Printf("worker %d done\n", id)
        }(i)
    }

    wg.Wait() // すべての goroutine が Done() を呼ぶまで待機
    fmt.Println("all workers done")
}

select は複数の channel 操作を待ち、最初に準備ができたものを実行します。タイムアウトやキャンセルの実装に欠かせません。

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch1 := make(chan string, 1)
    ch2 := make(chan string, 1)

    go func() {
        time.Sleep(50 * time.Millisecond)
        ch1 <- "ch1 ready"
    }()
    go func() {
        time.Sleep(30 * time.Millisecond)
        ch2 <- "ch2 ready"
    }()

    for i := 0; i < 2; i++ {
        select {
        case msg := <-ch1:
            fmt.Println(msg)
        case msg := <-ch2:
            fmt.Println(msg)
        case <-time.After(100 * time.Millisecond):
            fmt.Println("timeout")
        }
    }
}
// 出力：ch2 ready → ch1 ready（先に受信できた方が先に処理される）

context パッケージは goroutine のキャンセルやデッドラインを伝播させる標準的な仕組みです。 HTTP ハンドラーや外部 API 呼び出しでは必ず使います。

import (
    "context"
    "fmt"
    "time"
)

func slowWork(ctx context.Context) error {
    select {
    case <-time.After(2 * time.Second):
        return nil  // 正常終了
    case <-ctx.Done():
        return ctx.Err()  // キャンセル or タイムアウト
    }
}

func main() {
    // 1秒のタイムアウト
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 1*time.Second)
    defer cancel()

    if err := slowWork(ctx); err != nil {
        fmt.Println("error:", err) // context deadline exceeded
    }
}

goroutine を無制限に起動すると過負荷になります。 worker pool は goroutine の数を固定してタスクを並列処理するパターンです。

func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for job := range jobs {
        // 重い処理のシミュレーション
        result := job * job
        fmt.Printf("worker %d: %d -> %d\n", id, job, result)
        results <- result
    }
}

func main() {
    const numWorkers = 3
    const numJobs    = 10

    jobs    := make(chan int, numJobs)
    results := make(chan int, numJobs)

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 1; i <= numWorkers; i++ {
        wg.Add(1)
        go worker(i, jobs, results, &wg)
    }

    // ジョブを投入
    for j := 1; j <= numJobs; j++ {
        jobs <- j
    }
    close(jobs)

    // すべての worker が終わったら results を close
    go func() {
        wg.Wait()
        close(results)
    }()

    // 結果を収集
    var total int
    for r := range results {
        total += r
    }
    fmt.Println("total:", total)
}

共有変数へ複数の goroutine から同時にアクセスする場合は sync.Mutex で保護します。

import "sync"

type SafeCounter struct {
    mu sync.Mutex
    count int
}

func (c *SafeCounter) Inc() {
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    c.count++
}

func (c *SafeCounter) Value() int {
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    return c.count
}

func main() {
    counter := &SafeCounter{}
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            counter.Inc()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(counter.Value()) // 必ず 1000
}

Go の race detector を使うと、データ競合を実行時に検出できます。

# -race フラグでビルド・テスト
go run -race main.go
go test -race ./...

読み取り専用のアクセスが多い場合は sync.RWMutex の RLock/RUnlock を使うとパフォーマンスが向上します。

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1. goroutine の基本

2. channel

3. sync.WaitGroup

4. select 文

5. context によるキャンセル・タイムアウト

6. worker pool パターン

7. sync.Mutex とデータ競合の検出

Go アプリを HTTPS で本番公開する