逐次処理とは何かと並列処理との違いをやさしく解説

プログラミングを学び始めると、必ずといっていいほど出てくるのが「逐次処理」と「並列処理」という言葉です。なんだか難しそうに聞こえますが、実は身近な料理や作業の場面に置き換えると、驚くほどスッと理解できます。

個人的な経験でも、この2つの違いを最初に「料理の比喩」で理解したことで、その後のマルチスレッドや非同期処理といった発展的な話題もずいぶん飲み込みやすくなりました。この記事では、初心者の方でもつまずかないように、図やたとえ話、比較表を交えながら丁寧に解説していきます。

逐次処理とは何か

逐次処理とは、タスクを「1つずつ順番に」実行する処理方式のことです。

ポイントは、前の処理が完全に終わってから次の処理を始めるという点にあります。処理の最中には、ほかのタスクは実行されません。まさに一本道を進むようなイメージです。

たとえば料理でいえば、こんな感じです。にんじんを切り終わってから、次にたまねぎを切り、それが終わってからお肉を炒める。すべての工程を1人の料理人が順番にこなしていく、というやり方が逐次処理にあたります。

コンピュータの世界では、シングルコア・シングルスレッド(処理を担当する部分が1つだけの状態)での通常のプログラム実行がこれにあたります。多くのアルゴリズムも、入力を順番に処理する形で書かれているため、基本は逐次処理だと考えてよいでしょう。

並列処理とは何か

並列処理とは、複数の処理・タスクを「物理的に同時に」実行する方式のことです。

先ほどの料理の例に戻りましょう。今度は料理人が3人います。1人はにんじんを、もう1人はたまねぎを、さらにもう1人はお肉を、それぞれ同じ瞬間に同時進行で作業する。これが並列処理のイメージです。

作業する人が増えた分、料理全体が完成するまでの時間はぐっと短くなります。コンピュータでこれを実現するのが、複数のCPUコアや複数のプロセッサです。

つまり、同時に2つ以上の処理を実行し、複数のコアがそれぞれ別の処理を受け持つことで、全体の処理速度を上げるわけです。近年のパソコンやスマートフォンの多くがマルチコアを搭載しているのは、この並列処理の恩恵を受けるためでもあります。

逐次処理と並列処理の違いを比較表で理解する

言葉での説明だけでは頭に入りにくいので、両者の違いを表にまとめてみました。

プログラミングでの使い分けの考え方

ここまで読むと「並列処理のほうが速いなら、そちらを使えばいいのでは」と感じるかもしれません。ですが、話はそう単純ではありません。

並列処理には、コードが複雑になり、バグが混入しやすいという明確な代償があります。処理の一部を並列化できたとしても、順番にしか実行できない「逐次部分」は結局そのままなので、期待したほど速くならないこともよくあります。

実際の判断軸をステップで整理してみましょう。

この段階的な考え方は、複雑な問題を小さく分けて攻略する発想と共通しています。困難は分割せよというデカルトの格言と分割統治法の考え方は、まさに並列化の判断にも通じるものがあります。

並列処理を本格的に学ぶ場合、C言語やFortranなどで広く使われる並列化の仕組みを知っておくと役立ちます。OpenMPによる並列プログラミングの基礎とMPIとの違いを押さえておくと、実際にコードを並列化する際の全体像がつかみやすくなるでしょう。

なお、「parallel」という英単語そのものが処理の世界でどう使われるかは、parallelの意味と並列処理での使われ方でも触れられています。

関連する用語との違い

逐次・並列とセットでよく登場する言葉も、簡単に整理しておきましょう。

並行処理(concurrent)は、前述のとおり1つのコアで作業を素早く切り替える方式です。同時に見えても、実際には交互に処理しています。

同期・非同期は、処理の待ち方に関する言葉です。同期は「処理が終わるまで待つ」、非同期は「終わるのを待たずに次へ進む」という違いがあります。

マルチスレッド・マルチプロセスは、並列処理や並行処理を実現するための具体的な手段です。1つのプログラム内で複数の処理の流れを持たせる仕組みだと考えておけば、まずは十分でしょう。

よくある質問

逐次処理と並行処理は同じものですか

いいえ、別物です。逐次処理は完全に1つずつ順番に処理します。並行処理は複数の作業を素早く切り替えて、あたかも同時のように見せる方式です。見た目は似ていても、内部の動き方が異なります。

初心者はどちらから学ぶべきですか

まずは逐次処理から始めることを強くおすすめします。コードがシンプルでバグも起きにくく、プログラムの基本的な流れを理解しやすいからです。並列処理は、逐次に慣れてから取り組むのが安全です。

並列処理にすれば必ず速くなりますか

必ずとは言えません。順番にしか実行できない「逐次部分」が残るため、並列化しても効果が限定的なことがあります。また、処理の分割や結果のまとめに余分な手間がかかり、かえって遅くなる場合もあります。

シングルコアでも並列処理はできますか

物理的な意味での並列処理はできません。コアが1つしかない場合は、実際には並行処理(切り替え方式)になります。真の並列処理には、複数のCPUコアや複数のプロセッサが必要です。

並列処理で気をつけるべきバグは何ですか

複数の処理が同じデータを同時に書き換えてしまう「競合状態」や、お互いの処理の完了を待ち続けて止まってしまう「デッドロック」が代表的です。これらは逐次処理ではほとんど起きないため、並列化特有の難しさといえます。

まとめ

逐次処理は「1つずつ順番に」、並列処理は「複数を同時に」という、たったこれだけの違いが出発点です。料理人が1人か複数人か、と考えれば、いつでも思い出せるはずです。

大切なのは、速いからといって安易に並列処理へ飛びつかないことです。まずは逐次処理でシンプルに正しく書き、本当に必要になった箇所だけを並列化する。この順番を守るだけで、無用なバグに悩まされずに済みます。

今回の基礎が身につけば、マルチスレッドや非同期処理といった一歩進んだテーマも、きっと自然に理解できるようになるでしょう。まずは手元の小さなプログラムで、逐次処理の流れをじっくり味わうところから始めてみてください。