プロセスとスレッドの違いをわかりやすく解説！プログラミング初心者が知るべき基礎知識

プロセスA          プロセスB
├─ メモリ空間A     ├─ メモリ空間B
├─ ファイルA       ├─ ファイルB
└─ リソースA       └─ リソースB
    ↑                  ↑
完全に独立          完全に独立

プロセスA
├─ メモリ空間（共有）
├─ ファイル（共有）
├─ リソース（共有）
└─ スレッド
    ├─ スレッド1（スタック独立）
    ├─ スレッド2（スタック独立）
    └─ スレッド3（スタック独立）

import threading
import time

# グローバル変数（スレッド間で共有される）
counter = 0

def worker_thread(thread_id):
    """スレッドで実行される関数"""
    global counter
    
    print(f"スレッド{thread_id}が開始しました")
    
    # 5回カウントアップ
    for i in range(5):
        counter += 1
        print(f"スレッド{thread_id}: counter = {counter}")
        time.sleep(0.1)  # 0.1秒待機
    
    print(f"スレッド{thread_id}が終了しました")

# メインプログラム
print("=== マルチスレッドのデモ ===")

# 2つのスレッドを作成
thread1 = threading.Thread(target=worker_thread, args=(1,))
thread2 = threading.Thread(target=worker_thread, args=(2,))

# スレッドを開始
thread1.start()
thread2.start()

# 両方のスレッドが終了するまで待機
thread1.join()
thread2.join()

print(f"\n最終的なcounterの値: {counter}")
print("すべてのスレッドが終了しました")

=== マルチスレッドのデモ ===
スレッド1が開始しました
スレッド1: counter = 1
スレッド2が開始しました
スレッド2: counter = 2
スレッド1: counter = 3
スレッド2: counter = 4
スレッド1: counter = 5
スレッド2: counter = 6
スレッド1: counter = 7
スレッド2: counter = 8
スレッド1: counter = 9
スレッド2: counter = 10
スレッド1が終了しました
スレッド2が終了しました

最終的なcounterの値: 10
すべてのスレッドが終了しました

import multiprocessing
import time

# グローバル変数（各プロセスで独立）
counter = 0

def worker_process(process_id):
    """プロセスで実行される関数"""
    global counter
    
    print(f"プロセス{process_id}が開始しました（PID: {multiprocessing.current_process().pid}）")
    
    # 5回カウントアップ
    for i in range(5):
        counter += 1
        print(f"プロセス{process_id}: counter = {counter}")
        time.sleep(0.1)
    
    print(f"プロセス{process_id}が終了しました（最終counter: {counter}）")

# メインプログラム
if __name__ == '__main__':
    print("=== マルチプロセスのデモ ===")
    
    # 2つのプロセスを作成
    process1 = multiprocessing.Process(target=worker_process, args=(1,))
    process2 = multiprocessing.Process(target=worker_process, args=(2,))
    
    # プロセスを開始
    process1.start()
    process2.start()
    
    # 両方のプロセスが終了するまで待機
    process1.join()
    process2.join()
    
    print(f"\nメインプロセスのcounterの値: {counter}")
    print("すべてのプロセスが終了しました")

=== マルチプロセスのデモ ===
プロセス1が開始しました（PID: 12345）
プロセス1: counter = 1
プロセス2が開始しました（PID: 12346）
プロセス2: counter = 1
プロセス1: counter = 2
プロセス2: counter = 2
プロセス1: counter = 3
プロセス2: counter = 3
プロセス1: counter = 4
プロセス2: counter = 4
プロセス1: counter = 5
プロセス2: counter = 5
プロセス1が終了しました（最終counter: 5）
プロセス2が終了しました（最終counter: 5）

メインプロセスのcounterの値: 0
すべてのプロセスが終了しました

import threading

counter = 0

def increment():
    global counter
    for _ in range(100000):
        counter += 1  # この操作は実は複数ステップに分かれている！

# 2つのスレッドで同時に実行
thread1 = threading.Thread(target=increment)
thread2 = threading.Thread(target=increment)

thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()

print(f"Counter: {counter}")  # 期待値は200000だが、それより小さい値になることがある

import threading

counter = 0
lock = threading.Lock()

def increment_safe():
    global counter
    for _ in range(100000):
        with lock:  # ロックを取得
            counter += 1

# これで安全に実行できる

import threading
import time

lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()

def thread1_func():
    with lock1:
        print("スレッド1: lock1を取得")
        time.sleep(0.1)
        with lock2:  # lock2を待つ
            print("スレッド1: lock2を取得")

def thread2_func():
    with lock2:
        print("スレッド2: lock2を取得")
        time.sleep(0.1)
        with lock1:  # lock1を待つ（デッドロック！）
            print("スレッド2: lock1を取得")

# CPU処理が重い場合はマルチプロセスを使う
import multiprocessing

def heavy_calculation(n):
    result = 0
    for i in range(n):
        result += i ** 2
    return result

with multiprocessing.Pool(4) as pool:
    results = pool.map(heavy_calculation, [1000000, 1000000, 1000000, 1000000])