Java マルチスレッド完全解説：概念、ライフサイクル、実践コード例

Java アプリケーションでは複数のタスクを同時に実行する必要がよくあります。このチュートリアルでは、シングルスレッドとマルチスレッド実行の違い、スレッドのライフサイクル、同期技術、各概念を説明する実践的なコード例を解説します。

シングルスレッドとは？

Java のシングルスレッドは最小の実行単位です。Java ランタイムはアプリケーション開始時に ユーザースレッド を作成し、必要に応じて追加のユーザーまたは デーモンスレッド を追加できます。デーモンスレッドはバックグラウンドで実行され、JVM の終了を妨げません。

シングルスレッドの例：

package demotest;
public class GuruThread {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Single Thread");
    }
}

シングルスレッド実行の利点：

• オーバーヘッドが最小—実行コンテキストが1つだけ
• デバッグと保守がシンプル

Java のマルチスレッドとは？

マルチスレッドでは、2つ以上のスレッドを並行実行し、CPU 利用率を最大化します。スレッドは同じメモリ空間を共有するため、コンテキストスイッチが高速でメモリ使用量が低く抑えられます。

2つの並行スレッド作成例：

package demotest;
public class GuruThread1 implements Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        Thread guruThread1 = new Thread("Guru1");
        Thread guruThread2 = new Thread("Guru2");
        guruThread1.start();
        guruThread2.start();
        System.out.println("Thread names are following:");
        System.out.println(guruThread1.getName());
        System.out.println(guruThread2.getName());
    }
    @Override
    public void run() {
        // スレッドロジック
    }
}

マルチスレッドの利点：

• ノンブロッキング UI とバックグラウンド処理
• 耐障害性—1つのスレッドの例外が他を止めない

Java のスレッドライフサイクル

スレッドライフサイクルは5つの明確な状態で構成されます：

1. New – インスタンス化されたが未開始
2. Runnable – 開始済みで実行準備完了
3. Running – 積極的に実行中
4. Waiting – 特定イベントまで一時停止
5. Dead – 実行完了

主要スレッドメソッド

メソッド	説明
start()	スレッド実行開始。JVM が run() を呼び出す
sleep(long milliseconds)	現在のスレッドを指定時間一時停止
getName()	スレッド名を返す
setPriority(int newPriority)	スレッド優先度を調整（1-10）
yield()	スケジューラに現在スレッドの一時停止を提案

実践的なスレッド例

以下はスレッド作成、優先度調整、スリープを示す簡潔な例です。

package demotest;
public class ThreadExample1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // スレッド作業
    }
    public static void main(String[] args) {
        Thread guruThread1 = new Thread();
        guruThread1.start();
        try {
            Thread.sleep(1000); // 1秒一時停止
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        guruThread1.setPriority(1);
        System.out.println(guruThread1.getPriority());
        System.out.println("Thread Running");
    }
}

出力例：

スレッド同期

複数スレッドが共有リソースにアクセスする場合、同期でデータ整合性を確保します。Java では synchronized キーワードでクリティカルセクションをラップし、排他アクセスを保証します。

synchronized(object) {
    // 同期ブロック
}

高度なマルチスレッド例

以下は2つのスレッドを作成し、それぞれが名前とカウンタを1秒遅延で出力するより高度な例です。

package demotest;
public class GuruThread2 {
    public static void main(String[] args) {
        GuruThread3 threadGuru1 = new GuruThread3("guru1");
        threadGuru1.start();
        GuruThread3 threadGuru2 = new GuruThread3("guru2");
        threadGuru2.start();
    }
}
class GuruThread3 implements Runnable {
    private Thread guruthread;
    private String guruname;
    GuruThread3(String name) {
        this.guruname = name;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread running " + guruname);
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            System.out.println(i);
            System.out.println(guruname);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("Thread has been interrupted");
            }
        }
    }
    public void start() {
        System.out.println("Thread started");
        if (guruthread == null) {
            guruthread = new Thread(this, guruname);
            guruthread.start();
        }
    }
}

典型的な出力（添付画像で説明）：

まとめ

• マルチスレッドでブロッキング呼び出しから解放され、並行操作が可能
• スレッドライフサイクル—New, Runnable, Running, Waiting, Dead—がスレッドの通過状態を定義
• スレッドがデータを共有する際、同期がレースコンディション防止に必須
• スレッド作成、ライフサイクル管理、同期の理解を深める実践コード例