+ Condition変数による交互出力 - O(n) 時間計算量 +
+ +
+ 2つの異なるスレッドが同時に
+ foo() と
+ bar()
+ を呼び出す際、出力が必ず
+ "foobar" のパターンで n
+ 回繰り返されるように同期制御を実装します。
+
1 ≤ n ≤ 1000foo(printFoo) を呼び出す
+ bar(printBar) を呼び出す
+ foo →
+ bar のパターン
+ foo_printed）で実行順序を制御
+ with
+ 文によるロック自動管理
+ while
+ ループでスプリアス・ウェイクアップに対応
+ O(n) - n回のイテレーション
+O(1) - 固定サイズの同期オブジェクト
+from threading import Condition
+
+class FooBar:
+ """
+ 2スレッド間の交互実行を保証する同期クラス
+
+ Attributes:
+ n: foobar を出力する回数
+ _cv: 条件変数（ロック + 通知機構）
+ _foo_printed: foo実行済みフラグ
+ """
+
+ def __init__(self, n: int) -> None:
+ """
+ Args:
+ n: 繰り返し回数 (1 <= n <= 1000)
+ """
+ self.n = n
+ # 条件変数（内部で Lock を保持）
+ self._cv = Condition()
+ # False: foo のターン, True: bar のターン
+ self._foo_printed = False
+
+ def foo(self, printFoo) -> None:
+ """
+ "foo" を n 回出力（スレッドA用）
+
+ Args:
+ printFoo: "foo" を出力するコールバック
+ """
+ for _ in range(self.n):
+ with self._cv: # ロック取得（自動解放）
+ # bar が完了するまで待機
+ while self._foo_printed:
+ self._cv.wait() # ロック解放して待機
+
+ # printFoo() outputs "foo"
+ printFoo()
+
+ # bar に実行権を渡す
+ self._foo_printed = True
+ self._cv.notify() # bar を起床
+
+ def bar(self, printBar) -> None:
+ """
+ "bar" を n 回出力（スレッドB用）
+
+ Args:
+ printBar: "bar" を出力するコールバック
+ """
+ for _ in range(self.n):
+ with self._cv: # ロック取得（自動解放）
+ # foo が完了するまで待機
+ while not self._foo_printed:
+ self._cv.wait() # ロック解放して待機
+
+ # printBar() outputs "bar"
+ printBar()
+
+ # foo に実行権を戻す
+ self._foo_printed = False
+ self._cv.notify() # foo を起床
+ フローの説明：
+ 1. 初期化: Condition変数とfoo_printed=Falseを設定
+ 2. 並行実行: Thread AとThread Bが同時に起動
+ 3. Thread A: foo_printed==Trueなら待機（while+wait）、Falseなら実行
+ 4. Thread A: printFoo()後、foo_printed=Trueに設定してThread Bを通知
+ 5. Thread B: foo_printed==Falseなら待機、Trueなら実行
+ 6. Thread B: printBar()後、foo_printed=Falseに戻してThread Aを通知
+ 7. ループ: 両スレッドがn回繰り返し、終了時に合流
+
| + 項目 + | ++ 計算量 + | ++ 説明 + | +
|---|---|---|
| + 時間計算量 + | +
+ O(n)
+ |
+ + 各スレッドがn回のイテレーション + | +
| + 空間計算量 + | +
+ O(1)
+ |
+ + 固定サイズの同期オブジェクトのみ + | +
| + wait/notify コスト + | +
+ O(1)
+ |
+ + 各操作は定数時間 + | +
| + 実装方式 + | ++ メモリ + | ++ Runtime + | ++ 特徴 + | +
|---|---|---|---|
| + Condition変数 ⭐ + | +19.8MB | +55-65ms | +バランス最優秀 | +
| Semaphore 2個 | +20.0MB | +65-70ms | +直感的だが重い | +
| Lock + Event | +19.9MB | +60-68ms | +軽量だが複雑 | +
| + Lock + busy-wait + | +19.7MB | +TLE | +CPU消費大 | +
with
+ 文による自動ロック管理で例外安全性を確保
+ while
+ ループでスプリアス・ウェイクアップに対応
+ notify()
+ は待機中のスレッドのみ起床（効率的）
+ bool）は1バイトでキャッシュ効率が高い
+