【IT用語】リエントラント（再入可能）プログラムとは？具体例を挙げてわかりやすく解説！

リエントラント（再入可能）プログラムとは？

リエントラント（再入可能）プログラムの特徴を簡単に解説します。

• 同時に呼ばれても正しく動作する性質
• 英語表記は”reentrant”
• 独自のデータ領域
• 多くの処理を同時に処理

順番に見ていきましょう！

リエントラントとは？

リエントラントとは、プログラムが一度に複数の場所から呼び出されても、正しく動作し続けることができる性質を指します。

これはプログラムが自分自身を安全に「再び入る」ことができるように設計されていることを意味しており、特に並行処理やマルチスレッドプログラミングにおいて重要な特性です。

リエントラントの英語表記

リエントラントの英語表記は“reentrant”です。

これは『再び』を意味する”re”と『入ってくる人』を意味する”entrant“から成り立っており、合わせて”再入可能”となります。

これはプログラミングの文脈で広く使用される用語であり、特に並行性や同時実行が関係する文脈で重要です。

リエントラントの仕組み

リエントラントの仕組みは、コードが共有されている一方で、各プロセスやスレッドが独自のデータ領域を持つことによって成り立っています。

これにより、一つの関数が同時に異なるタスクから呼び出されても、それぞれが独立して動作し、互いに干渉せずに処理を進めることができます。

この仕組みのおかげで、例えばメールをチェックしながら音楽を聴くようなことも可能になるわけです。

なぜリエントラントが必要か

マルチスレッドやマルチプロセス環境において、プログラムの信頼性、安全性、および効率性を確保するためです。

リエントラントな設計を採用することで、同時に多くのタスクを正確に処理することが可能となり、データの整合性を保ちながら、プログラムのパフォーマンスを最適化することができます。

リエントラント（再入可能）プログラムのメリット

リエントラント（再入可能）プログラムのメリットは以下の通りです。

• レスポンスタイムの改善
• 割り込み処理にも対応できる
• ポータビリティの高さ

順番に見ていきましょう。

レスポンスタイムの改善

複数のスレッドが同じ関数やデータに同時にアクセスしても安全に動作するように設計されているため、マルチスレッドアプリケーションが効率的に実行され、リソースの競合やデータの不整合を避けることができます。

その結果、システムのスループットが向上し、レスポンスタイムを短縮することができます。

割り込み処理にも対応できる

リエントラントプログラムは、割り込みハンドラや再帰的な関数呼び出しなど、プログラムの実行中に他のタスクが介入する可能性がある状況でも正確に動作します。

これは、関数が自身の状態を外部の静的な変数や共有されたデータに依存せず、ローカル変数や引数を通じて状態を管理するためです。

ポータビリティ（移植性）の高さ

リエントラントプログラムは、異なる環境やプラットフォーム間での移植が容易です。

これは、再入可能なコードが環境特有の状態や外部状態に依存しないため、異なるシステム上でも同様に機能することが多いからです。

このため、プログラムの再利用性が高まり、開発時間とコストの削減に繋がります。

リエントラント（再入可能）プログラムの具体例

次にリエントラント（再入可能）プログラムの具体例を見ていきます。

• 割り込みハイドラ
• マルチスレッドアプリケーション
• リアルタイムシステム

順番に見ていきましょう！

割り込みハンドラ

外部からの信号や要求に応答するために特別に設計されたプログラムです。

割り込みが発生すると、システムは現在の処理を一時的に中断し、割り込みハンドラが呼び出されます。

リエントラントな割り込みハンドラは、割り込み処理が重なった場合でもデータの不整合やエラーを防ぎ、システムの安定性と信頼性を保証します。

マルチスレッドアプリケーション

同時実行をサポートするプログラムで、複数のスレッドがほぼ同時に同じコード領域を実行可能です。

リエントラントな関数やプロシージャは、これらのスレッドによって同時に安全に呼び出されることができます。

これは、データの整合性を維持し、競合やデッドロックのリスクを最小限に抑えるのに不可欠です。

リアルタイムシステム

厳格な時間制約のもとで動作するシステムで、予測可能なレスポンスタイムが求められます。

リエントラントな設計は、システムがタイムリーに反応し、一貫して正確な処理を保証するために重要です。

特に、緊急の処理が必要な医療機器や制御システムなど、誤動作が重大な結果を招く可能性がある場合には、リエントラントな設計が不可欠です。

リエントラント（再利用可能）プログラムの関連用語

次にリロケータブル（再配置可能）プログラムの関連用語を解説します。

• リロケータブル（再配置可能）
• リユーザブル（再使用可能）
• リカーシブ（再帰的）

順番に見ていきましょう！

リロケータブル（再配置可能）プログラム

リロケータブルは、異なるメモリ位置で実行可能なプログラムを指します。

この種のプログラムは、システムが必要に応じて異なるアドレスにコードを配置する柔軟性を提供します。

これは、特にメモリの利用を最適化する必要がある大規模なシステムや、リソースが限られている組み込みシステムでよく使われます。

※re=再び locatable=居場所を特定できる

リユーザブル（再使用可能）プログラム

リユーザブルは、一度書かれたコードや機能が他の多くのプログラムで再利用されることを意味します。

これにより、同じコードを繰り返し使用して、開発時間の短縮、効率の向上、および一貫性の保持が可能になります。

リユーザブルなコードは、さまざまなプロジェクト間で共有され、必要に応じて簡単に組み込むことができます。

※re=再び useble=使用できる

リカーシブ（再帰的）プログラム

リカーシブは、自身を呼び出す関数を使用しているプログラムです。

これは、繰り返しを利用して問題を解決するための強力な方法であり、特にデータ構造やアルゴリズムの操作において広く利用されています。

再帰は、コードをシンプルかつクリアにすることができますが、無限ループやスタックオーバーフローなどのリスクも伴います。

※recursive=再帰的な

リエントラントとスレッドセーフの違い

簡単に言えばスレッドセーフとの違いは以下の通りです。

• リエントラント・・・「途中で止めても、また安全に続けられること」
• スレッドセーフ・・・「複数の人が同時に作業しても、問題なく全員の作業がうまくいくこと」

では詳しく見ていきましょう！

スレッドセーフとは？

スレッドセーフとは、複数のスレッドがプログラムの同じ部分に同時にアクセスしても、正しく動作し続ける性質のことです。

データの不整合や予期しないエラーが発生しないように設計されており、これを実現するために、排他制御（例えば、ロックやセマフォ）を使用してアクセスを同期するなどの方法があります。

スレッドセーフとの違い

リエントラントは関数が再入可能で、割り込みや再帰呼び出しによっても安全に実行できる性質を指します。

一方でスレッドセーフは複数のスレッドから同時にアクセスされてもデータの整合性が保たれ、正しく動作することを保証します。

つまり、リエントラントは再入の安全性に注目し、スレッドセーフは並行実行の安全性に焦点を当てています。

またリエントラントなコードは必ずしもスレッドセーフではありませんが、スレッドセーフなコードは多くの場合リエントラントです。

まとめ｜リエントラント（再入可能）プログラムとは？

項目	説明
リエントラント	一度に複数の場所から呼び出されても、正しく動作し続けることができる性質
主な利点	レスポンス時間の短縮、割り込み処理に対応、高いポータビリティ
具体例	割り込みハンドラ、マルチスレッドアプリケーション、リアルタイムシステム
関連用語	リロケータブル、リエントラント、リユーザブル
スレッドセーフ	複数スレッドが同時に実行可能であることを意味

リエントラントは、一度に複数の場所から呼び出されても、正しく動作し続けることができる性質です。

コードが共有されている一方で、各プロセスやスレッドが独自のデータ領域を持っています。

割り込みハンドラ、マルチスレッドアプリケーション、リアルタイムシステムなどで使われています。

今回の内容を簡単にまとめて本記事を終わりにします。