Rubyでの並行処理
並列処理について学習する機会があったため，Rubyで知識のブラッシュアップを行う。
プロセスとスレッド
両者の名前を頻繁に聞くが，全く意味を理解していなかった。プロセスは実行されるプログラムの単位で，その中にスレッドが１つ以上存在する。
そして，１つのスレッドは１つのコアによって動かされる。
また，プロセスごとでメモリ空間は独立しているが，マルチスレッドの場合，同じプロセス内に存在するので共有のメモリ空間を使用する。
並行処理と並列処理
両者の区別が曖昧に使われていることが多いと思うが，以下の説明が理解しやすかった。
並行処理: ある時間の範囲において、複数のタスクを扱うこと 並列処理: ある時間の点において、複数のタスクを扱うこと
並行処理実践
以下では，実際にRubyを使用して，並行処理を試してみる。
https://tech.unifa-e.com/entry/2021/01/29/175021 を参考にした。
通常の処理
実装は以下となる。
def sleepy puts Process.pid sleep 3 end def test start_time = Time.now 4.times { sleepy } end_time = Time.now puts end_time - start_time end
sleepyでは，プロセスのIDを出力し，３秒間待つ。testでは，sleepyを４回普通に実行し，その経過時間を計測した。
testメソッドの実行結果は以下となる。
89867 89867 89867 89867 12.00396
全てのプロセスIDは等しく，経過時間も3*4=12秒で，逐次的に処理が行われることがわかる。
スレッドでの並行処理
実装は以下となる。
def test1 start_time = Time.now Parallel.each(Array.new(4), in_threads: 4) { sleepy } end_time = Time.now puts end_time - start_time end
実行結果は以下となる。
89867 89867 89867 89867 3.005605
全て同じプロセス内のスレッドで実行されているため，プロセスIDは等しく，しかし並行で処理が行われているため，処理時間は3秒となる。
プロセスでの並行処理
実装は以下となる。
def test2 start_time = Time.now Parallel.each(Array.new(4), in_processes: 4) { sleepy } end_time = Time.now puts end_time - start_time end
実行結果は以下となる。
90074 90075 90076 90077 3.046518
４つのプロセス内の各スレッドで処理が実行されているため，全てのプロセスIDは異なり，並行で処理が行われているため，実行時間は3秒となる。
補足
参考リンク内では，並行処理と記載されていることが最初は理解できなかった。並列処理が実行されているのではないかと思っていた。そこで，まずは自分のPCのコア数を調べてみた。
sysctl -n hw.physicalcpu_max => 4 # 物理コア数
よって，１コアあたり２スレッドの実行を行うことができるため，8個のスレッドを並列で処理を行うことができる。そこで，100個のプロセスを立てて処理を実行してみる。
実装は以下となる。
def test3 start_time = Time.now Parallel.each(Array.new(20), in_processes: 20) { sleepy } end_time = Time.now puts end_time - start_time end
処理結果は以下となる。
91009 91010 91011 91012 91013 91015 91014 91017 91016 91019 91018 91021 91022 91020 91023 91024 91028 91025 91027 91026 3.08953
プロセスが20個立ち，処理時間は3秒となっている。CPUのコア数を考えれば最大で８個までしかプロセスが立たないのに，それを超える２０個のプロセスが立っている。というのも，今回のケースでは，２０個のプロセスが並列で処理されているわけではなく，並行で処理されているためこのようにCPUのコア数を超えるプロセスを立てることができる。よってこれが理由でブログでは並行処理と正しく記載されていた。
Fiberを使った処理
参考ブログでも載せられてるように，Fiberで並行処理を行う実装が複雑だったため，asyncというgemを使用して並行処理を実装する。実装は以下。
require 'async' def sleepy Async do puts Process.pid sleep 3 end end def test5 start_time = Time.now task = Async do 4.times { sleepy } end task.wait end_time = Time.now puts end_time - start_time end
実行結果は以下となる。
28292829
2829
2829
3.000941
プロセスIDは全て同じで，3秒後に処理が終了しているため，今まで通り並行で処理が行われていることがわかる。
補足
今回，上記のようにFiberで並行処理を行うFiber Schedulerの詳細については調べきれなかったが，Fiberの詳細を少しだけ調べたので，補足する。
Fiberには，.yieldと#resumeというメソッドが存在する。.yieldで渡した引数が，#resumeを呼び出すと返される。#resumeは.yieldを呼び出した回数＋１回呼び出すことができ，最後の#resumeでは，.newブロックの戻り値が渡される。
具体的な実装で見てみる。
irb(main):077:1* fiber = Fiber.new do irb(main):078:1* 1 irb(main):079:1* Fiber.yield 2 irb(main):080:1* 3 irb(main):081:0> end => #<Fiber:0x000000010e1c2a78 (irb):77 (created)> irb(main):082:0> fiber.resume => 2 irb(main):083:0> fiber.resume => 3 irb(main):084:0> fiber.resume (irb):84:in `resume': attempt to resume a terminated fiber (FiberError)
fiberにはFiberのインスタンスであり，一回目の#resumeでは，.yieldで渡された2が返される。二回目の.yieldでは，.newブロックの戻り値が返され，三回目は.yieldが今回は一回しか呼びされてないので，エラーとなる。
また，#resumeが呼び出された時は，.yieldで渡された引数が返されるが，処理は，.yieldの直前まで行われ，次の#resumeが呼び出されると，.yieldの処理から再開される。実装を見てみる。
irb(main):091:1* fiber = Fiber.new do irb(main):092:1* puts 1 irb(main):093:1* puts Fiber.yield 2 irb(main):094:1* puts 3 irb(main):095:0> end => #<Fiber:0x000000010e021728 (irb):91 (created)> irb(main):096:0> fiber.resume 1 => 2 irb(main):097:0> fiber.resume 3 => nil
一回目の#resumeでは，puts 1が実行され返り値は，.yieldの引数である2となる。二回目の#resumeでは，puts Fiber.yield 2から処理が始まり，puts 3まで実行される。
