【C#】スレッドセーフなシングルトンを実装してみる

はじめに

今回はスレッドセーフなシングルトンを実装してみる記事になります。

Unityなんかでは頻繁に使われているシングルトンパターンですが、マルチスレッドで処理をする場合には落とし穴があったりします。

どういった落とし穴があるのかということから、その解決方法はどういったものがあるかを考えていきたいと思います。

では早速みていきましょう。

はじめに
シングルトン
スレッドセーフなシングルトン
さいごに

シングルトン

nullかどうかによって判定する一般的なシングルトンをマルチスレッドで動作させてみます。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 5個のスレッドで並列に実行
        for(int i = 0; i < 5; i++)
        {
            _ = Task.Run(() =>
            {
                for (int j = 0; j < 3; j++)
                {
                    Model.Instance.Queue.Enqueue(j);
                    Thread.Sleep(1);
                }
            });
        }

        var count = 0;
        while(count < 15)
        {
            int item = 0;
            if(Model.Instance.Queue.TryDequeue(out item))
            {
                Console.Write(item);
                count++;
            }
            Thread.Sleep(1);
        }
    }
}

public class Model
{
    private static Model instance = null;
    public static Model Instance => instance ?? (instance = new Model());

    public ConcurrentQueue<int> Queue { get; }

    public Model()
    {
        Console.WriteLine("Constructor called.");
        Queue = new ConcurrentQueue<int>();
    }
}

コードをみていただくと、正しく動作しそうな気もしますが結果はめちゃくちゃです。

Constructor called.
Constructor called.
Constructor called.
Constructor called.
Constructor called.
Constructor called.
01111122222

コンストラクタが６回呼ばれてしまっていますね。

これはスレッドセーフがでないことに由来し、スレッド毎にコンストラクタが呼ばれてしまったというわけです。

スレッドセーフなシングルトン

先ほどのコードのModelクラスを少しだけ変えてみます。

public class Model
{
    private static Lazy<Model> instance = new Lazy<Model>();
    public static Model Instance => instance.Value;

    public ConcurrentQueue<int> Queue { get; }

    public Model()
    {
        Console.WriteLine("Constructor called.");
        Queue = new ConcurrentQueue<int>();
    }
}