PDF text thread safety

PDF text thread safetyとは、マルチスレッドまたは並行プログラミング環境において、PDF文書からテキストコンテンツにアクセス、抽出、または操作する際に生じる課題と考慮事項を指します。並行アクセスを念頭に設計された一部の文書フォーマットとは異なり、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 ) では、文書の解析や操作に関するスレッドセーフな操作が明示的に定義されていません。これにより、複数のスレッドが同時にPDFテキストコンテンツの読み取りや変更を試みる際に、データの整合性や安定性の問題が発生する可能性があります。

PDF text thread safetyは、複数のスレッドが並行してPDFテキスト操作を実行する際に、それらが正しく実行されることを保証するために必要な手法、パターン、および予防措置を包含します。この概念の核心は、PDF解析ライブラリや文書オブジェクトモデルが本質的にスレッドセーフではないという事実に対処することです。つまり、適切な同期なしにスレッド間でPDF文書インスタンスを共有すると、競合状態、メモリ破損、または一貫性のない結果を引き起こす可能性があります。

これは一般的なスレッドセーフティとは異なり、PDF文書の独特な構造に特化しています。PDF内では、テキストコンテンツが複数のコンテンツストリームに分散され、複雑な座標系を通じて組織化され、Tagged PDF構造 ( Citation: PDF Association, 2023 PDF Association(2023). Retrieved from https://pdfa.org/resource/tagged-pdf-best-practice-guide-syntax/ ) を使用して構造化される可能性があります。PDFから読み取り可能なテキストを抽出するには、複数の解析操作にわたって状態を維持し、フォントエンコーディングを追跡し、幾何学的な配置から論理的な読み取り順序を再構築する必要があることが多いため、課題はさらに複雑になります。

文書アップロードを処理するWebサービス、バッチ処理システム、またはエンタープライズ文書管理ソリューションなど、PDF処理アプリケーションを構築する開発者にとって、スレッドセーフティはアプリケーションの信頼性、パフォーマンス、およびスケーラビリティに直接影響します。スレッド間でPDF文書オブジェクトを誤って共有するアプリケーションは、再現や診断が困難な断続的なクラッシュを経験する可能性があります。

パフォーマンス要件を満たすために複数の文書を並行処理する必要があるアプリケーションを設計する際、PDF text thread safetyの理解は重要になります。適切なスレッドセーフティ対策がないと、PDFテキスト抽出を並列化しようとしても、ロックの競合によりシングルスレッド処理よりも低速になるか、さらに悪いことに、破損した出力データを生成する可能性があります。これは、Tagged PDFから構造化テキストを抽出する必要があるアクセシビリティアプリケーション ( 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 ) にとって特に重要です。このようなアプリケーションでは、テキスト抽出の精度が障害を持つユーザーの使いやすさに直接影響するためです。

PDF text thread safetyは、使用する特定のPDFライブラリとアプリケーションの要件に応じて、通常、いくつかのアーキテクチャアプローチのいずれかによって実現されます。

最も単純なアプローチは文書レベルの分離で、各スレッドが独自の個別のPDF文書インスタンスを操作します。これにより共有が完全に排除され、スレッドが同じ文書オブジェクトに同時にアクセスすることはありません。このパターンを実装する際、開発者は文書の読み込み、解析、およびリソース割り当てがスレッドごとに独立して行われることを確認する必要があります。これによりメモリ使用量は増加する可能性がありますが、最も強力な安全性保証が提供されます。

2番目のアプローチは、同期プリミティブ（ロック、ミューテックス、セマフォ）を使用して、共有PDF文書オブジェクトへのアクセスを調整します。これにより、複数のスレッドが同じ文書を操作できますが、任意の時点で1つのスレッドのみがアクセスすることが保証されます。このアプローチでは、デッドロックを回避し、競合のボトルネックを最小限に抑えるために、慎重なロック管理が必要です。

スレッドローカルストレージは別の戦略を提供します。各スレッドが同じ基礎となるPDFファイルを処理している場合でも、独自の解析状態と文書メタデータのコピーを維持します。これは、複数のスレッドが同じ文書の異なるページからテキストを抽出する必要がある場合にうまく機能します。PDF ( 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 ) のページコンテンツストリームは通常、個別に解析できる独立した単位であるためです。

一部の最新のPDFライブラリは、内部同期を備えた明示的にスレッドセーフなAPIを提供していますが、これは普遍的な機能ではないため、開発者はライブラリのドキュメントでこれを確認する必要があります。ライブラリは、スレッド間で安全に共有できる不変の文書ビューや読み取り専用インターフェイスを提供し、変更をシングルスレッドコンテキストに制限する場合もあります。

• Content Stream – テキストレンダリングコマンドを含む、ページコンテンツを定義するオペレータとオペランドを含むPDF構造
• Tagged PDF – 論理的な読み取り順序と文書構造を定義するセマンティックマークアップを含むPDF文書構造で、スレッドセーフティを複雑にする状態保持型の解析を必要とすることが多い
• PDF Parser – コンテンツを抽出または操作するためにPDFファイル構造と構文を解釈するソフトウェアコンポーネント
• Document Object Model (DOM) – 並行アクセス用に設計されている場合とされていない場合がある、PDF文書の構造のメモリ内表現
• Text Extraction – PDFテキストレンダリング命令を読み取り可能な文字列に変換するプロセスで、複雑な状態管理を必要とすることが多い