Swift 6の並行性モデルの理解：タスク、実行優先度、そしてプリエンプティブスケジューリングを超えて

2026-01-15 23:16:48

Swift 6は、開発者の並行プログラミングへのアプローチを根本的に変革します。従来のプリエンプティブスケジューリングメカニズムに頼るのではなく、Appleの新しいフレームワークは協調的な実行モデルとインテリジェントなタスク管理を導入しています。この包括的なガイドでは、このパラダイムシフトが必要となった理由、実行時にどのように機能するのか、そして応答性が高く安全なアプリケーションを構築するためになぜ重要なのかを解説します。

並行性の問題：なぜSwiftは新しいアプローチを必要としたのか

並行プログラミングは、ソフトウェア開発における最も難しい課題の一つです。複数のタスクが同時に実行されると、アプリケーションの性能と応答性は向上しますが、開発者はレース条件、デッドロック、スレッドセーフ性違反など、多くの潜在的な問題に直面します。これらは本番コードを悩ませる原因となります。

Swift Concurrencyは、Swift 6で導入され、これらの問題に正面から取り組みます。従来のOSが使用するプリエンプティブスケジューリングとは異なる哲学を採用しています。OSが任意のタイミングでタスクを強制的に中断するのではなく、Swiftのランタイムは協調的な制御ポイントを強制し、自然な一時停止を可能にします。

解決すべき核心的な問題：

レース条件：複数のスレッドが共有の可変データに同時アクセスすると予測不能な結果を生む。新しいモデルは明確な所有権と安全なアクセスパターンを強制します。
コールバックの複雑さ：ネストされた完了ハンドラはコードの追跡を難しくします。async/await構文はこの認知負荷を大幅に軽減します。
スレッドのオーバーヘッド：OSレベルのスレッド管理は高価なコンテキストスイッチとリソース割り当てを伴います。Swiftのアプローチはこれを完全に抽象化します。
タスクの調整：構造化された並行性は明示的な階層構造を提供し、タスクのキャンセルやエラー処理を容易にします。

async/await、Actors、構造化された並行パターンを組み合わせることで、Swift 6はパフォーマンスを犠牲にすることなく、安全で直感的な並行性モデルを実現しています。

マルチタスクモデル：プリエンプティブスケジューリング vs. 協調的実行

Swiftの設計を理解するには、実行モデルの違いを理解することが不可欠です。従来のOSやスレッドベースのランタイムはプリエンプティブスケジューリングを採用しています。これは、Swiftの協調的アプローチと対照的です。

プリエンプティブスケジューリングモデル

従来のOSはプリエンプティブスケジューリングを用います。OSカーネルは、任意のタイミングで任意のスレッドを強制的に中断できます。このコンテキストスイッチは、スレッドの知識や協力なしに行われます。システムはスレッドの状態（(CPUレジスタ、命令ポインタ、スタック内容)）を保存し、別のスレッドに切り替え、後で元のスレッドの状態を復元して作業を再開します。

プリエンプティブスケジューリングの利点：

公平性を保証 — どのスレッドも他を飢えさせることはない
複数のCPUコア間で真の並列性を実現
不正な振る舞いをするスレッドがリソースを独占するのを防止

コスト： プリエンプティブスケジューリングは大きなオーバーヘッドを伴います。コンテキストスイッチはCPUキャッシュをフラッシュし、翻訳ルックアサイドバッファを無効化し、ユーザーモードとカーネルモード間を遷移します。各スイッチには測定可能なCPUサイクルが必要です。さらに重要なのは、予測不能な中断ポイントが、開発者に同期プリミティブ（ミューテックス、セマフォ、アトミック操作）で共有可変状態をラップさせることです。同期ポイントを逃すと、データレース、クラッシュ、再現やテストが難しい断続的なバグにつながります。

この負担は完全に開発者にかかっています。プリエンプティブ環境でスレッドセーフなコードを構築するには、絶え間ない警戒と深い並行性の専門知識が必要であり、そのようなコードはエラーが発生しやすく、理解しにくくなります。

Swiftの協調的実行モデル

Swift 6はこのアプローチを逆転させます。OSによるプリエンプティブスケジューリングの代わりに、タスクは明示的に制御を譲るポイント（通常はawait式やTask.yield()）で制御を渡します。ランタイムはタスクを強制的に中断しません。

この協調戦略は、次のような大きな利点をもたらします：

予測可能性：一時停止ポイントは明示的でコード内に見える。開発者はどこでコンテキストスイッチが起きるか正確に把握できる。
低オーバーヘッド：高価なコンテキストスイッチは不要。ランタイムは次のキューに入った継続を呼び出すだけで済む（軽量な操作）。
安全な並行性：制御された一時停止ポイントにより、レース条件の可能性が格段に低減。コンパイラはSendable準拠を強制し、タスク境界を越えた安全でないデータ共有を防止します。

ただし、協調性には責任も伴います。タスクが一時停止せずに実行し続けると、その実行者スレッドを独占し、他のタスクを飢えさせることになります。長時間実行される操作は、明示的なTask.yield()呼び出しを含めて、「良き市民」として協調システムに貢献する必要があります。

裏側：継続、スレッドではなく

Swiftのランタイムは、従来のスレッディングとは異なる方法で実行を扱います。async関数がawaitポイントで一時停止するとき：

コンパイラは関数を状態マシンに変換し、その実行コンテキスト（(ローカル変数、命令ポインタ)）をヒープに割り当てられた継続にキャプチャします。
この継続は、スレッドをブロックするのではなく、後で実行されるためにキューに入れられます。
実行者スレッドは待たずに、キューから次の準備完了した継続を取り出します。
awaitされた操作が完了すると、一時停止していた継続が再キューに入り、最終的に再開されます。

この継続に基づくモデルは、スレッドスタックやOSのコンテキストスイッチを排除します。トレードオフは、待機中のasync状態を格納するためのヒープメモリのやや増加ですが、タスクスイッチングのオーバーヘッドは格段に低減します。I/Oバウンドのワークロード — つまり、タスクが計算よりも待機に多くの時間を費やす場合 — では、この交換は協調モデルを強く支持します。