同期処理と非同期処理の違いとは？動きと仕組みを徹底解説

プログラムは処理を「待つ」か「待たない」かで動きが大きく変わります。

同期処理は順番どおりに待って進み、非同期処理は待ち時間を他の作業に活用します。

初心者の方でも、動きのイメージと仕組みが分かれば使い分けは難しくありません。

ここでは基本から、仕組み、メリット・デメリット、具体例まで丁寧に解説します。

同期処理と非同期処理の基本(初心者向け)

同期処理とは？(順番どおりに実行)

同期処理とは、1つの処理が終わるまで次の処理を開始しない実行方式のことです。

手続きが上から下へと素直に流れるため、読む人にも実行する機械にも分かりやすいのが特徴です。

例えばWebからデータを取得して、その結果を画面に表示するという場合、同期処理では取得が完了するまで画面表示は行われません。

同期処理はしばしばブロッキングと呼ばれ、処理中はプログラムのスレッドがその作業に専念します。

待つ対象が長引くと全体の進みが止まるため、ユーザーインターフェースでは画面が固まると感じられることがあります。

非同期処理とは？(待たずに進む)

非同期処理とは、時間のかかる処理を始めたら完了を待たずに次の処理へ進む方式です。

待っている間に他の仕事を並行して進めるため、プログラムの効率が高まります。

典型的には、ネットワーク通信やファイル入出力などの「待ち」が多い作業を非同期で扱います。

非同期処理はコールバック、PromiseやFuture、そしてasync/awaitといった構文で表現されます。

非同期は必ずしも同時に複数のCPUで走る「並列」ではなく、1つのCPUでも「待ち時間を別の作業に活用する並行性」を指します。

違いの結論(待つか待たないか)

実務的な結論はとてもシンプルです。

違いは「待つか待たないか」、すなわち待ち時間でスレッドをブロックするか解放するかにあります。

同期はブロックし、非同期はブロックせずに結果の到着を後から受け取ります。

ただし「非同期=常に速い」ではありません。

計算中心の処理では非同期の恩恵は小さく、I/O中心の処理で特に効果が出ます。

どちらを選ぶかは処理の性質とユーザー体験の要求に依存します。

まず覚えるポイント(順序/並行/待機)

順序

同期処理は記述した順序どおりに「開始と終了の順序」が一致します。

非同期処理は開始順と完了順が入れ替わることがあり、順序制御を明示的に書く必要があります。

並行

非同期処理は待ち時間に他の処理を進める「並行性」を持ちます。

同期処理は1本の流れに集中するため、並行性は基本的にありません。

待機

非同期処理では「結果が必要になる瞬間だけ待つ」という設計が基本です。

同期処理は処理開始時に終わるまで待機します。

動きのイメージと仕組み

同期処理の流れ(1つずつ進む)

同期処理は「料理の手順を1人で順番にこなす」イメージです。

材料を切り終えるまで火はつけず、煮込みが終わるまで次の作業に進まないため、流れが直線的で追いやすいといえます。

コード上も上から下へ読むだけで理解できます。

技術的には、関数を呼び出すと呼び出し元は処理が完了するまで制御を取り戻しません。

この「完了まで待つ」性質がデバッグのしやすさと引き換えに、待ち時間の非効率を生みます。

非同期処理の流れ(同時に進む)

非同期処理は「煮込みを待つ間にサラダを作る」イメージです。

時間のかかる作業を開始したら結果の通知を予約して、空いた時間で他の作業を進めます。

通知にはコールバックやイベント、Promiseなどを使います。

多くの環境ではイベントループやスレッドプールが裏側で動き、完了イベントをキューで受け取って順に処理します。

プログラマは「いつ完了するか分からない作業」に名前を付けて後で回収する、という発想に慣れることが大切です。

待ち時間の扱い(通信やファイル)

ネットワーク通信やディスクI/Oはミリ秒から秒単位での待ちが発生します。

同期ではこの間ずっとスレッドが止まり、非同期ではスレッドを解放して他の仕事を進められます。

この差が高負荷時のスループットや応答性を大きく左右します。

典型的にはHTTPリクエスト、データベース問い合わせ、ファイル読み書き、タイマー待機などが対象です。

これらは「CPUをほとんど使わないのに時間がかかる」ため、非同期に適しています。

結果の受け取り(通知やコールバック)

非同期処理の結果は後から届きます。

受け取り方としてはコールバック、PromiseやFuture、そしてasync/awaitの構文が代表的です。

コールバックは関数を渡して後で呼んでもらう方式、PromiseやFutureは「未来の値」を表すオブジェクト、awaitは「この行でだけ待つ」表現です。

エラーも同様に非同期で届きます。

エラーの伝播や例外処理のスタイルが同期と異なるため、言語ごとの流儀に沿って統一することが重要です。

以下は受け取り手段の比較イメージです。

最初はasync/awaitから始め、内部でPromiseやイベントがどう動くかを徐々に理解すると学びやすいです。

メリット・デメリットと違い

同期処理のメリット(理解しやすい)

コードの流れが直線的で、デバッグと思考負荷が小さいのが最大の利点です。

ブレークポイントを置いて1行ずつ追えば状態の変化が理解しやすく、学習初期の成功体験を得やすいです。

また、実行順序が明確でレースコンディションが起きにくい点も安心材料です。

小さなスクリプトやバッチ処理では同期が最短で堅実な選択になりがちです。

同期処理のデメリット(待ち時間が長い)

I/O待ちが長い場面で全体が止まり、応答性やスループットが落ちます。

ユーザー操作を受け付けるUIスレッドで同期I/Oを行うと操作不能に見えることがあります。

特にサーバーでは、同時接続数が増えると待ちによってスレッドやプロセスが枯渇します。

スケールさせたいときにコストと複雑さが増す点は見逃せません。

非同期処理のメリット(効率アップ)

待ち時間を活かすことで応答性とスループットが向上し、同じ資源で多くの仕事を捌けます。

ネットワークやディスクがボトルネックのアプリで特に有効です。

UIでは描画や入力の処理を止めずに裏で通信できます。

サーバーでは接続ごとにスレッドを増やさず多数のリクエストを処理でき、コスト効率が上がります。

非同期処理のデメリット(複雑になりやすい)

完了順が前後するため、状態管理やエラー処理が複雑化しやすいです。

コールバックのネストや、並列に走る処理間の依存関係が増えると可読性が下がります。

また、同期的な思考で書くと「結果がまだ来ていないのに使おうとして例外」が起きがちです。

テストも時間や順序に依存するため設計の工夫が必要です。

よくあるつまずき(順番のズレ)

非同期で開始した処理の完了前に結果を使ってしまう「順番のズレ」が定番の落とし穴です。

例えば、awaitを書き忘れて未解決のPromiseを使う、コールバック内の値を外側で直後に参照する、などが該当します。

また、並列に走らせた処理の実行順に依存したバグも頻発します。

順序が重要ならawaitで直列化する、順不同で良いなら「すべて終わったら進む」合流点を設けると安定します。

加えて排他制御が必要な共有資源は競合状態を避ける設計にしましょう。

使い分けの目安と例

こんなときは同期処理(小規模/順序重視)

短時間で終わる処理を順番に確実にこなしたいときは同期処理が向いています。

コマンドラインの小さなスクリプト、データ変換の一括処理、DBマイグレーションの手順などは、直線的に書いたほうが安全で読みやすい場合が多いです。

加えて、ユーザーの待ちが許容される管理用ツールや、外部との通信が少ないローカル処理も適しています。

「分かりやすさ」と「確実な順序」が価値になる場面では同期が第一候補です。

こんなときは非同期処理(通信/ファイル/待機)

ネットワークやファイルI/O、タイマー待機など時間のかかる操作を多用する場合は非同期処理が有効です。

WebクライアントのAPI呼び出し、チャットや通知などのリアルタイムUI、Webサーバーでの同時リクエスト処理、バックグラウンドジョブの実行などが代表例です。

また、ユーザー体験として「操作を止めない」ことが重要なアプリでも非同期が基本となります。

大量のI/Oを抱えるなら非同期化がスケーラビリティの鍵です。

簡単なコード例(疑似コード)

以下は「ユーザー情報を取得して、プロフィールファイルを読み、合成して表示する」処理の同期版と非同期版の疑似コードです。

両者の違いは「待ちの扱い」と「完了のタイミング」です。

同期版の例です。

各行で完了を待って次に進みます。

user = fetchUser(id)           // ネットワーク待ち
profile = readFile(path)       // ディスク待ち
result = combine(user, profile)
print(result)

非同期版の例です。

待ち時間を重ねて短縮し、必要な場所でだけawaitします。

tUser = async fetchUser(id)    // すぐに制御が返る
tProf = async readFile(path)   // すぐに制御が返る
user = await tUser             // ここでだけ待つ
profile = await tProf          // ここでだけ待つ
result = combine(user, profile)
print(result)

コールバックを使う場合のごく簡単な形です。

完了時の処理を関数として渡します。

fetchUser(id, (err, user) => {
  if (err) handle(err)
  else readFile(path, (e2, profile) => {
    if (e2) handle(e2)
    else print(combine(user, profile))
  })
})

初心者の練習ステップ(段階的に学ぶ)

まずは同期的に処理を書き、期待する結果と順序を頭に入れます。

次に時間のかかる部分だけを非同期に置き換え、どこで待つべきかを明示する練習をしましょう。

続いてasync/awaitを使って「同期のように読める非同期」を体験します。

その後にPromiseやイベントの仕組みを学ぶと、裏側の動作理解が深まります。

最後に並列実行と合流を扱います。

「独立な作業は同時に開始し、結果がそろったら合成する」パターンを練習すると実務で役立ちます。

テストではタイムアウトや順序依存を避ける工夫も身につけましょう。

以下は使い分けの早見表です。

目的に応じて直感的に選べるように整理しています。

まとめ

同期処理は「待ってから進む」、非同期処理は「待たずに進み、必要な場所でだけ待つ」という発想の違いが本質です。

I/O中心の場面では非同期が効率と体験を高め、順序と簡潔さが重要な場面では同期が威力を発揮します。

初心者の方は、まず同期で流れを掴み、時間のかかる箇所だけを非同期化し、async/awaitで「どこで待つか」を明示する練習から始めるのがおすすめです。

待ち時間の性質を見極めて使い分けることが、読みやすく速いプログラムへの近道です。