PDF accessibility thread safety

PDF アクセシビリティのスレッドセーフティとは、複数のスレッドがタグ付きコンテンツツリー、構造要素、ロールマッピングなどのアクセシブルなPDF構造に対して同時にアクセス、変更、または生成を行う際に必要となる、エンジニアリング上の考慮事項と実践手法を指します。タグ付きPDF ( Citation: PDF Association, 2023 PDF Association(2023). Retrieved from https://pdfa.org/resource/tagged-pdf-best-practice-guide-syntax/ ) には、支援技術のためのドキュメントセマンティクスを定義する複雑な階層構造が含まれているため、マルチスレッド環境でこれらの構造を構築または操作する際には、スレッドセーフな操作を確保することが重要です。適切な同期処理がなければ、同時変更により論理構造ツリーが破損したり、PDF/UA準拠 ( Citation: N.A., 2014 (N.A.). (2014). Document management applications — Electronic document file format enhancement for accessibility — Part 1: Use of ISO 32000-1 (PDF/UA-1) .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/64599.html ) に違反する無効なアクセシビリティメタデータが生成される可能性があります。

PDF アクセシビリティのスレッドセーフティは、複数の実行スレッドがPDFアクセシビリティ機能と相互作用する際に、競合状態とデータ破損を防止するために必要な同期メカニズム、ロック戦略、およびデータ構造設計を包含します。これには、PDF仕様 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) で定義されている構造ツリールート、構造要素、マーク付きコンテンツシーケンス、ロールマップ、およびアーティファクト指定に対する操作が含まれます。

一般的なPDFスレッドセーフティ(ドキュメントオブジェクトモデル全体に関するもの)とは異なり、アクセシビリティのスレッドセーフティは、論理構造階層の一貫性、構造要素間の親子関係、およびドキュメントの読み取り順序を定義するK(kids)配列の整合性を維持するという独自の課題に特化して対処します。アクセシビリティ構造は深く相互接続されているため、複雑性が生じます。単一の構造要素がコンテンツアイテム、属性、親要素、および潜在的にIDマッピングを参照するため、アトミックな操作を実現することが困難になります。

これは、準拠性チェッカーの同時実行に関するアクセシビリティ検証のスレッドセーフティや、視覚的な表示を扱うレンダリングのスレッドセーフティとは異なります。アクセシビリティのスレッドセーフティは、支援技術が依存するセマンティックレイヤーを特に保護します。

PDF生成ライブラリ、ドキュメント処理システム、またはアクセシビリティ修復ツールを構築する開発者にとって、アクセシビリティ操作におけるスレッドセーフティは、アプリケーションの信頼性とアクセシビリティ標準への準拠の両方に直接影響を与えます。マルチスレッドPDF生成は、ドキュメント変換サービス、レポート生成システム、自動アクセシビリティタグ付けワークフローなど、高スループットが必要とされるサーバー環境では一般的です。

適切なスレッドセーフティがなければ、競合状態により、個々の操作が単独では正しくても、PDF/UA検証に失敗する不正な構造ツリーを持つPDFが生成される可能性があります。構造ツリーにおける破損した親子関係は、スクリーンリーダーがコンテンツをスキップしたり、順序が狂って読み上げたり、完全にクラッシュする原因となります。何千ものドキュメントを同時処理するエンタープライズアプリケーションでは、スレッドセーフティのバグは断続的で再現が困難であり、本番環境でのみ現れる準拠性の失敗につながる可能性があります。

さらに、多くの最新のPDFライブラリは、アプリケーションが複数のスレッドにわたって段階的にタグ付きコンテンツを追加する、インクリメンタルな構造ツリー変更のためのAPIを公開しています。明確なスレッドセーフティの保証と適切な実装がなければ、開発者は障害を持つユーザーのアクセシビリティを損なう微妙な欠陥を導入するリスクがあります。

PDFアクセシビリティのスレッドセーフティは、通常、いくつかの層の保護と設計上の考慮事項を伴います。

構造ツリーのロック: 構造ツリールートとその子孫要素は、変更が発生する際に協調的なロックを必要とします。構造要素はツリー階層を形成するため、新しい要素の挿入、子の並べ替え、またはK配列の変更といった操作は、ツリーの不変条件に違反する可能性のある同時変更を防ぐために、適切なロックを取得する必要があります。多くの実装では読み書きロックを使用し、アクセシビリティ検査のような操作には同時読み取りアクセスを許可しながら、書き込み操作をシリアル化します。

不変データ構造: 一部のPDFライブラリは、構造要素を不変オブジェクトとして実装し、変更時には既存のインスタンスを変更するのではなく新しいインスタンスを作成します。関数型プログラミングから借用されたこのアプローチは、構造要素が一度作成されると状態が変更できないことを保証することで、多くの競合状態を排除します。ただし、これにはドキュメント構造全体の参照を慎重に管理する必要があります。

スレッドローカルビルダー: PDF生成ワークフローでは、スレッドローカルの構造ビルダーを使用することで、各スレッドが競合なしに構造ツリーの独立した部分を構築できます。これらの分離された構造は、制御されたシリアル化フェーズでメインドキュメントツリーにマージできます。このパターンは、ページが最初は独立しているページレベルのタグ付け操作を並列化する際に有効です。

コピーオンライト(Copy-on-Write)セマンティクス: 複数のスレッドがアクセシビリティ構造を読み取る必要があり、時折更新が発生する場合、コピーオンライト戦略により一貫性を維持できます。読み取り側は構造ツリーの安定したスナップショットにアクセスし、書き込み側は変更されたコピーを作成し、完了後にアトミックに古いバージョンを置き換えます。

アトミック参照更新: 親参照の更新やK配列への項目追加など、構造要素間の関係を変更する操作では、アトミックなcompare-and-swap操作または同期ブロックにより、同時実行スレッドが一貫した状態遷移を観察できるようにします。

PDF仕様 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) によると、構造要素は双方向の関係(親が子を参照し、子が親を参照する)を維持するため、複数のオブジェクトを一貫して更新する必要があるため、同時変更が複雑になります。スレッドセーフな実装は、複数のスレッドが構造ツリーの異なる部分を構築または変更している場合でも、これらの関係が有効なままであることを保証する必要があります。

• Tagged PDF – 論理的な読み取り順序とアクセシビリティのためのセマンティックロールを定義する構造情報を含むPDFドキュメント
• Structure Tree(構造ツリー) – アクセシブルなPDFにおけるコンテンツの論理的な構成を表す構造要素の階層ツリー
• Structure Element(構造要素) – 段落、見出し、表、リストなどのドキュメントコンポーネントを表す構造ツリー内の個々のノード
• Marked Content(マーク付きコンテンツ) – 論理構造階層の構造要素に関連付けられたマーカーでタグ付けされたコンテンツストリームシーケンス
• PDF/UA Compliance(PDF/UA準拠) – PDFが支援技術に完全にアクセシブルであることを保証するUniversal Accessibility標準への適合