rmwとは？初心者向けに解説するRead-Modify-Writeの基本と使い方共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

rmwとは？基本の意味

rmwは英語の Read-Modify-Write の略です。日本語に直すと データを読み取ってから必要に応じてその場で値を変更し、書き戻す操作のことを指します。コンピュータの中では複数の作業が同時に走っており、同じデータを同時に別の処理が変えようとすると競合が起きます。RMW はこの競合をうまく扱うための考え方であり、読み取りと書き戻しを一連の動作として整合性を保つ方法の一つです。

具体的には、ある値をただ読み取ってから別の処理をした後で再び書き戻すのではなく、「読み取ってから書き戻すまで」を原子性に近い形で実行することを目指します。原子性とは、途中の状態が他の処理に見えることなく、一気に完結する性質のことです。RMW を適切に使えば、同じデータを同時に更新してしまうことで起こる誤りを減らすことができます。

RMWが登場する場所

RMW は主に以下のような場面で使われます。

・マルチスレッド環境でのカウンター更新や共有データの累積計算など、同時に複数の処理がデータを更新する場面。

・データベースの一部機能や分散システムの同期で、データの整合性を保ちながら更新を行う場合。

これらの場面では競合を避けるためにロックを使う方法もありますが、ロックばかり使うと性能が落ちたりデッドロックの危険が増すことがあります。そのため RMW による原子性の確保が有効になることがあります。

どうやって実現するの？基本的な考え方

実装にはいくつかの方法があります。最も一般的なのは 比較と交換 CAS と アトミック操作 です。CAS は現在の値と期待する値を比べ、同じであれば新しい値に書き換えるという単一の命令のように見える操作です。これにより、複数の処理が同時に更新しても最終的に一貫した結果を得られます。

もうひとつの考え方は、言語やプラットフォームが提供する 原子性を保証するライブラリや命令を利用することです。たとえば多くの言語にはスレッド間で安全に値を更新するための関数や機能が用意されています。RMW を使うときには、単に数値を足し算するだけではなく、「読み取り→変更→書き戻し」を一つの原子操作として扱える仕組みを選ぶことが大切です。

実世界の例

例として SNS のいいね数を考えます。複数の利用者が同時にいいねを押すと、単純な x = x + 1 の更新では値が正しく増えないことがあります。RMW 的な考え方を使えば、読み取った現在の値に対して増分を適用し、結果を一度に書き戻すことで、最終的な値が全ての操作を反映した正しいものになります。実務ではこのような場面を想定して、CAS を使った原子更新や専用ライブラリを活用します。

表で見るポイント

<th>要素

説明
Read	元の値を読み取る工程。ここでデータを取り出します。
Modify	読み取った値を基に計算や変更を行う工程。どのように更新するかを決めます。
Write	変更後の値を再度書き戻す工程。ここで原子性を保つ工夫をします。
実現方法	CAS やロック、メモリ障壁など、実装には複数の方法があります。

注意点と落とし穴

RMW は強力ですが、使い方を間違えるとパフォーマンスの低下やデッドロックにつながるおそれがあります。重要なポイントは以下のとおりです。

原子性の保証	正しく保証されるよう、信頼できるライブラリや機能を選ぶことが大切です。
競合の回避	過度なロックは避け、必要な箇所だけ原子性を確保する設計を心がけます。
デバッグの難しさ	並行処理の問題は見えづらいことが多いので、再現性のあるテストやツールの活用が有効です。

よくある誤解

ひとつには RMW がすべての更新に適しているという誤解があります。状況によってはロックの方が適している場面もあり、必ずしも RMW だけで問題が解決するわけではありません。

また RMW は単純に「値を足す」操作ではなく、読み取りと書き戻しを安全に組み合わせることが目的です。設計次第では複雑な競合が生じることもあるため、適切な設計とテストが不可欠です。

学習のコツ

小学生にも分かるイメージとして、2人が同じ箱を取り合う場面を考えます。番号札を使って順番を決め、読み取った箱の中身を変更してから確定する、という流れを「原子的に」実現するのが RMW の考え方です。実際のプログラミングではこの感覚を、CAS のような機能を使って実現します。初めは難しく感じても、段階的に読み取り・変更・書き戻しの流れを追っていく練習を重ねると、並行処理の基本が見えてきます。

まとめ

rmwは Read-Modify-Write の略で、並行処理の中で「読み取り→変更→書き戻し」を一連の動作として原子に近い形で実現する考え方です。この考え方を使うと、複数の処理が同時にデータを扱ってもデータの整合性を保ちやすくなります。ただし実装には注意点があり、適切なツールや方法を選ぶことが重要です。実務では CAS をはじめとする原子操作を活用し、ロックと併用するケースもあります。RMW の考え方を理解することで、より安定した並行プログラムを設計できるようになります。

rmwの同意語

Read-Modify-Write: rmw の英語表現。Read, Modify, Write の頭文字を取った略語で、データを読み取り、必要な修正を施し、再度書き込む一連の操作を指します。特に並行処理で競合を避けるための原子性の確保に用いられます。
読み取り-修正-書き込み: rmw の日本語表現。データを読み取り、必要な修正を加えてから、変更後の値を再度保存する一連の処理を指します。主に並行処理の衝突回避の文脈で使われます。
読取-修正-書込み: 同義の表現。読み取り、修正、書込みの順でデータを扱う操作を指し、技術文書などで読み方が略されて表記されることもあります。
読み取り-変更-書き込み: 同義の表現。読み取りの後にデータを変更し、変更後の値を保存する一連の操作を指します。
読み取り・更新・書き込み: 同義の表現。『更新』を変更のニュアンスとして用いる表現。読み取り→更新→書き込みの流れを指します。

rmwの対義語・反対語

読み取り専用: データを読むことだけを許可し、変更・上書き・修正ができない状態（Read-Only）。rmwの対義語として最も直感的なイメージです。
読み取りのみ許可: 読み取り以外の操作を完全に禁止し、修正・書き換えを伴わない運用。読み取りが中心のモードを指します。
不変（immutable）: データが作成後に変更されない性質。rmwの対義語として、変更を前提としない状態を表します。
変更不可: データの変更を禁止する設定。読み取りが中心で、修正・上書きのいずれも行えない状態を意味します。
書き込み専用: 書き込みのみを許可し、読み取り・修正を伴わない状態。対義概念として挙げられることがあります。

rmwの共起語

ROSミドルウェア: ROS 2で使われる通信の基盤となるミドルウェアの総称。rmwはこのミドルウェアとROSクライアントの間をつなぐ抽象層です。
ROS 2: ロボット向けのオペレーティングシステムのようなフレームワーク。分散通信にrmwを介してDDSなどのミドルウェアと連携します。
rmw実装: ROS 2におけるrmwの実装名。実際のデータ受け渡しはこれらの実装を通じてDDSとやりとりします。
rmwインターフェース: ROS 2の通信抽象化層の名称。上位ライブラリ(rclcpp/rclpy)と下位DDS実装をつなぐ役割を持ちます。
rmw_implementation: どのrmw実装を使うかを選ぶ設定・仕組み。環境変数やパラメータで切り替えます。
ミドルウェア抽象化レイヤー: rmwが提供する抽象化レイヤーのこと。上位のROSクライアントが下位DDS実装に直接依存しないようにします。
rmw_fastrtps_cpp: eProsima Fast DDSを用いたrmw実装のC++版。ROS 2で広く使われる代表的な実装。
rmw_cyclonedds_cpp: Cyclone DDSを用いたrmw実装のC++版。オープンソースのDDS実装を利用します。
rmw_connext_cpp: RTI Connext DDSを用いたrmw実装のC++版。
DDS: Data Distribution Serviceの略。rmwの背後で動くデータ配布の標準仕様。
Fast DDS: eProsima提供のDDS実装。rmw_fastrtps_cppの中核ライブラリ。
Cyclone DDS: Eclipse Cyclone DDSのDDS実装。rmw_cyclonedds_cppで利用される。
RTI Connext: RTI社のDDSミドルウェア。商用の代表的なDDS実装。
rclcpp: ROS 2のC++クライアントライブラリ。rmw経由でDDSと通信します。
rclpy: ROS 2のPythonクライアントライブラリ。rmw経由でDDSと通信します。

rmwの関連用語

Read-Modify-Write (RMW): 読取り・変更・書き戻しを一つの不可分な操作として実行するパターン。競合を回避するために原子性と適切なメモリ順序が重要です。
Atomic operation: 中断されずに完結する不可分な操作。RMWを実現する基本的なプリミティブ。
Compare-and-Swap (CAS): 現在の値が期待値と等しい場合にのみ新しい値へ置き換える原子操作。RMWアルゴリズムの中心となる手法。
Fetch-and-Add: 値を取得してからその値に対して原子に加算する操作。カウンタ更新などに用いられます。
Test-and-Set: 値をテストしてから設定する原子操作。主にロックの取得に使われます。
Atomic Swap (Exchange): 現在の値を新しい値と原子的に入れ替え、旧値を返す操作。
ABA問題: CASを使う実装で、途中で値が変化して再び元の値に戻っても検知できない問題。対策としてバージョン番号やタグ付きポインタが用いられます。
Memory barrier / フェンス: CPU間・スレッド間のメモリ順序を強制的に保証する同期手段。RMWの正しい動作を支えます。
Memory model: 複数スレッド間でのメモリ読み書きの見え方を定義する規則。例: C++メモリモデル、Javaメモリモデル。
Acquire-Release semantics: 特定の操作が前後の操作の可視性・順序を保証するメモリ順序の基本要素。
Lock-free: ロックを使わずに進行できるデータ構造・アルゴリズム。デッドロックを避けつつ高い並行性を実現します。
Wait-free: 全ての操作が有限回のステップ内に完了することを保証する、より強い同期特性。
競合状態: 同時実行時に予期せぬデータの不整合が発生する状態。
デッドロック: 複数スレッドが互いに資源を待ち続け、いっこうに進行できなくなる状況。
楽観的同時実行制御: 衝突が発生した場合のみ検証・再実行する方針。並行性を高めやすいが衝突耐性が必要。
悲観的同時実行制御: 処理中は常に独占的ロックを前提に進める方針。衝突を避けやすいがパフォーマンスが落ちやすい。
キャッシュ一貫性 / Cache coherence: 複数CPUのキャッシュ間で同じデータの整合性を保つ仕組み。
Mutex: 排他制御の基本プリミティブ。1つのスレッドだけがクリティカルセクションへ入れるよう制御します。
Spinlock: 解放されるまでCPUを忙しく待機する簡易ロック。短時間のクリティカルセクション向き。
Atomicity: 操作を途中で分割せず、一度で完了させる性質。