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並列処理100本ノック

並列処理100本ノック

並列処理（java.util.concurrent）は、Java Gold試験においてStream APIと並ぶ最難関分野です。スレッドの安全性、ロック機構、そして高機能なコレクションの理解が求められます。

試験に出る「急所」を100個のチェックリストにまとめました。

1. スレッドの基本とRunnable/Callable (1-15)

  1. Threadクラスの継承 vs Runnableインターフェースの実装
  2. Thread.start() と Thread.run() の違い（後者は別スレッドにならない）
  3. Runnable：戻り値なし（void）、チェック例外を投げられない
  4. Callable<V>：戻り値あり（V）、チェック例外を投げられる
  5. Thread.sleep()：スレッドを一時停止（InterruptedException）
  6. Thread.join()：対象スレッドの終了を待機
  7. Thread.interrupt()：待機中のスレッドに割り込み
  8. isInterrupted() vs interrupted()（後者はフラグをクリアする）
  9. デーモンスレッド：メインスレッド終了時に強制終了されるスレッド
  10. スレッドの優先度（setPriority）はOS依存で保証されない
  11. yield()：他のスレッドに実行権を譲るヒント
  12. スレッドの状態：NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED
  13. synchronizedキーワードによる排他制御（インスタンスロック）
  14. synchronizedスタティックメソッド（クラスロック）

  15. volatileキーワード：メモリの可視性を保証し、キャッシュを無効化する

    2. Executor Service フレームワーク (16-30)

  16. ExecutorService：スレッドの管理と実行を分離

  17. Executors.newSingleThreadExecutor()：単一スレッド
  18. Executors.newFixedThreadPool(n)：固定数のスレッド
  19. Executors.newCachedThreadPool()：必要に応じてスレッドを生成
  20. execute(Runnable)：タスクの実行（戻り値なし）
  21. submit(Callable/Runnable)：タスクの実行（Futureを返す）
  22. shutdown()：新規タスクを拒否し、実行中のタスク完了を待つ
  23. shutdownNow()：実行中のタスクを中断し、待機中タスクを破棄
  24. isShutdown() vs isTerminated()
  25. awaitTermination()：終了まで一定時間待機
  26. Future.get()：結果が出るまでブロッキング（待機）
  27. Future.isDone()：完了確認
  28. Future.cancel(boolean)：タスクのキャンセル
  29. invokeAll(Collection<Callable>)：全タスクの完了を待つ

  30. invokeAny(Collection<Callable>)：どれか1つ完了するのを待つ

    3. Scheduled Executor Service (31-40)

  31. Executors.newScheduledThreadPool(n)

  32. schedule(Callable, delay, unit)：一定時間後に実行
  33. scheduleAtFixedRate：**開始時点**を基準に一定間隔で実行
  34. scheduleWithFixedDelay：**終了時点**を基準に一定間隔で実行
  35. FixedRate でタスクが遅延した場合の挙動（連続して実行される）

  36. 例外発生時の挙動（以降のスケジュールが停止する）

    4. スレッドセーフなコレクション (41-55)

  37. ConcurrentHashMap：セグメントロックによる高速なMap

  38. CopyOnWriteArrayList：書き込み時に配列をコピー（参照は高速）
  39. ConcurrentLinkedQueue：非ブロッキングQueue
  40. BlockingQueue：要素がない場合に待機するQueue
  41. ArrayBlockingQueue：サイズ固定のBlockingQueue
  42. LinkedBlockingQueue：サイズ任意（デフォルト無限）
  43. PriorityBlockingQueue：優先度付き
  44. put() / take()：空/満杯時にブロッキングするメソッド
  45. offer(e, time, unit)：タイムアウト付き追加
  46. ConcurrentSkipListMap：ソート済みスレッドセーフMap
  47. ConcurrentSkipListSet：ソート済みスレッドセーフSet
  48. 従来の Collections.synchronizedList との違い（ロック範囲の違い）
  49. ConcurrentHashMap は null のキーと値を許可しない

  50. Iterator の fail-safe 挙動（実行中の変更でも例外が出ない）

    5. ロックと同期ユーティリティ (56-70)

  51. ReentrantLock：明示的なロック（lock / unlock）

  52. lock.tryLock()：ロック取得を試み、失敗しても即戻る
  53. lock.unlock() は必ず finally ブロックで呼ぶ
  54. ReadWriteLock：読み取り同士はブロックしないロック
  55. ReentrantReadWriteLock
  56. CyclicBarrier：全スレッドが揃うまで待機（再利用可能）
  57. CountDownLatch：カウントが0になるまで待機（再利用不可）
  58. Semaphore：利用可能なリソース数を制限
  59. acquire() / release()
  60. Exchanger：2つのスレッド間でデータを交換
  61. デッドロック：互いにロックを待ち続けて停止
  62. ライブロック：互いに譲り合って進まない
  63. スレッド・スターベーション：特定の優先度が低いスレッドが実行されない
  64. アトミック変数（AtomicInteger, AtomicReference 等）

  65. CAS (Compare-And-Swap) アルゴリズムによる非ロック同期

    6. Fork/Join フレームワーク (71-85)

  66. ForkJoinPool：タスクを分割して並列実行

  67. RecursiveTask<V>：戻り値があるタスク
  68. RecursiveAction：戻り値がないタスク
  69. compute()：タスク分割のロジックを書くメソッド
  70. fork()：サブタスクを非同期実行
  71. join()：サブタスクの結果を待機
  72. invoke()：フォークとジョインを開始
  73. ワークスティーリング：暇なスレッドが他のスレッドのタスクを奪って実行
  74. タスク分割の閾値（threshold）の設定重要性

  75. commonPool()：デフォルトのプール

    7. 並列Streamの深掘り (86-100)

  76. parallelStream() と parallel() の関係

  77. reduce の 3引数形式（identity, accumulator, combiner）
  78. 並列時の identity は accumulator の結果を変えない値であること
  79. combiner は 2つの部分結果をどう結合するか定義する
  80. 無限ストリームを並列化する際のリスク
  81. findAny が並列で非決定的な値を返す理由
  82. unordered() による並列処理の最適化
  83. spliterator()：並列分割のためのイテレータ
  84. trySplit()：Spliteratorを分割する
  85. characteristics()：ストリームの特性（ORDERED, DISTINCT等）
  86. スレッドセーフでない状態へのアクセス（副作用）の危険性
  87. System.out.println は同期処理なので並列Stream内ではボトルネックになる
  88. Runtime.getRuntime().availableProcessors()：使用されるスレッド数の基準
  89. ThreadLocal：スレッドごとに独立した変数を保持
  90. CompletableFuture：非同期処理の連鎖（Java 8+）

試験対策アドバイス

Java Gold試験では、「どのインターフェースが戻り値を持ち、どの例外を投げるか」**や、「スレッドセーフなコレクションのプロパティ（nullの許容など）」**が非常に細かく問われます。

まずは最初のセクション、**「1. スレッドの基本とRunnable/Callable (1-15)」**の具体的なコード例から確認していきますか？