現代の非同期処理

1. 現代の非同期処理フリーランチが終わった後の世界

2. フリーランチは終わった

3. ムーアの法則集積回路上のトランジスタ数は18 か月ごとに倍になる出典:Wikipedia

4. フリーランチが終わる前 1GHz 4GHz プログラムの変更なし

5. フリーランチが終わった後コアコアコアコアコアコアコアプログラムの変更なし

6. フリーランチが終わった後の世界アムダールの法則

7. アムダールの法則 1 1 − 𝑃 ＋ 𝑃 𝑆 P:高速化できる割合 S:性能向上率

8. アムダールの法則高速化できる割合：100% 性能向上率 :100%

12. アムダールの法則高速化できる割合：100% 性能向上率 :100,000%

17. アムダールの法則性能向上率 :300% 高速化できる割合：75%

20. アムダールの法則性能向上率 :100,000% 高速化できる割合：50%

22. 並列化できない理由アルゴリズム的に無理

23. 並列化できない理由アルゴリズム的に無理書くのにコストがかかる

24. フリーランチが終わってフリーランチは終わった高級レストランにいく？そのくらいならお昼抜く人多数安い定食屋ができるまでは時代は動かないそろそろ定食屋ができてきた？

25. 現代の並列処理機能 async/await C# Visual Basic F# TypeScript Python JavaScript C++ Swift Kotlin Rust Dart Reactive Extensions C# JavaScript Swift Java イミュータブル関数型言語 C# Kotlin オブジェクト指向言語アクター Erlan Scala F# Ruby Pony ストリーム C# Java Scala STM Clojure Haskell F# C++ goroutine Go

26. 並列処理にコストがかかる理由非同期処理データ競合

27. 非同期処理

28. 非同期処理並列処理非同期処理

29. 非同期処理が必要な理由 • フリーランチは終わった • アムダールの法則並列処理に必要 GUIに必要

30. 並列化しない場合でも並列化は行わない OSは並列非同期処理は必須

31. 並列化しない場合でも画面の反応がなくなるタブレットに不向き Windows8以降では同期処理のメソッドが廃止

32. 非同期処理が必要な理由 • フリーランチは終わった • アムダールの法則並列処理に必要 • 画面を固められない • Windowsならなおさら許されない GUIに必要

33. 非同期処理を書かねばならない場面全てのプログラム

34. 非同期処理の難しさ public void Download() { WebClient client = new WebClient(); client.DownloadDataCompleted += Client_DownloadDataCompleted; client.DownloadDataAsync("http://www.hoge.co.jp/api/func1/" } private void Client_DownloadDataCompleted(object sender, DownloadDataCompletedEventArgs e) { byte[] result = e.Result; }

35. JAVASCRIPT JavaScriptはクロージャがあるから非同期処理が簡単と言われていた時代がありました。

36. 対策-クロージャ $.getJSON( 'http://www.hoge.co.jp/api/func1', function (data) { alert(JSON.stringify(data)); });

37. この同期処理に相当するコードを書いてみる var data = func1(); var data2 = func2(data); var data3 = func3(data2); alert(JSON.stringify(data3));

38. コールバック地獄 $.getJSON( 'http://www.hoge.co.jp/api/func1', function (data) { $.getJSON( 'http://www.hoge.co.jp/api/func2', data, function (data2) { $.getJSON( 'http://www.hoge.co.jp/api/func3', data2, function (data3) { alert(JSON.stringify(data3)); }); }); });

39. コールバック地獄クロージャがあるので JavaScriptは非同期処理が簡単コールバック地獄

40. PROMISEを使っても $.getJSON('http://www.hoge.co.jp/api/func1') .then(function (data) { return $.getJSON('http://www.hoge.co.jp/api/func2', data); }).then(function (data2) { return $.getJSON('http://www.hoge.co.jp/api/func3', data2); }).then(function (data3) { alert(JSON.stringify(data3)); });

41. 順次実行の難しさ • 1950年代前半以降のほとんどのプログラミング言語順次実行をしたければ次の行に書けばよい • プログラムが生まれてから数年の間？ • 非同期プログラミング次の行に書くだけではダメ

42. もっと難しい処理はどうする？ • 分岐 • 反復 • 構造化例外順次実行以外

43. ASYNC/AWAIT async/await があれば非同期処理は何も難しくない

44. 同期処理ならこのくらいの処理を var data = func1(); var data2 = func2(data); var data3 = func3(data); alert(JSON.stringify(data3));

45. ASYNC/AWAITを使った非同期処理 var client = new HttpClient(); var data = await client.GetStringAsync(new Uri("http://www.hoge.co.jp/api/func1")); var data2 = await client.GetStringAsync($"http://www.hoge.co.jp/api/func2?{data}"); var data3 = await client.GetStringAsync($"http://www.hoge.co.jp/api/func3?{data2}"); Console.WriteLine(data3);

46. すべて同期処理を同じように書ける。 • 分岐 • 反復 • 構造化例外順次実行以外

47. ASYNC/AWAITの対応言語 C# Visual Basic F# TypeScript Python JavaScript C++ Swift Kotlin Rust Dart

48. パレードの法則 80:20の法則 async/awaitの特徴最小限のパターンにのみ対応必要な理解はほぼない

49. REACTIVE EXTENSIONS ライブラリ • 非同期に対応イベントストリーム

50. 対応する機能があるので大丈夫 • 分岐 • 反復 • 構造化例外順次実行以外

51. REACTIVE EXTENSIONSの対応言語 C# Visual Basic JavaScript Swift Java C++

52. アクターモデル アクターモデルの基本は「全てのものはアクターである」という哲学である。これはオブジェクト指向プログラミングにおける「全てのものはオブジェクトである」という考え方と似ているが、オブジェクト指向ソフトウェアでは基本的に逐次的に実行するのに対して、アクターモデルでは本質的に並行性を備えている点が異なる。(出典:Wikipedia)

53. データ競合

54. データ競合 public void 預金額を処理する() { var 移動金額 = this.預金額1 / 2; this.預金額2 = this.預金額2 - 移動金額; this.預金額1 = this.預金額1 + 移動金額; }

55. データ競合 public void Increment() { this.Count++; }

56. データ競合 public void Add(int i) { list.Add(i); }

57. 対策(LOCK) class 預金口座 { decimal 残高; private Object thisLock = new Object(); public void 預金を下す(decimal 金額) { lock (thisLock) { if (金額> 残高) { throw new Exception("不足しています"); } 残高 -=金額; } } }

58. 対策（LOCK）データ競合デッドロックに気を付ける利点簡単問題点ロックをかけた部分は並列処理ができない。アムダールの法則を考えると大きな問題。

59. 対策（変数コピー）データ競合解決利点簡単問題点コピーに時間がかかる

60. 対策（イミュータブル）データ競合そもそも起きない利点データ競合はおきない問題点関数型言語っぽい書き方に直さないといけない。

61. 対策(PLINQなど) var result =  from item in list.AsParallel()  where item < 100  select Sqrt(item);

62. 参考に普通のLINQ var result =  from item in list  where item < 100  select Sqrt(item);

63. 対策（PLINQなどストリーム）データ競合リストのデータ一つ一つに対して処理する場合利点簡単問題点多数データを並列の場合しか使えない

64. 対策（REACTIVE EXTENSIONS）データ競合リストのデータ一つ一つに対して処理する場合イベントストリーム利点比較的簡単対応できる処理も多い問題点多数データとイベントを非同期で扱うときしか使えない

65. 対策（PONY）データ競合対策済みコンパイラによるチェックで確実な対応利点並列処理をしっかり意識した書き方ができる Actorの一種問題点並列処理をある程度意識しないと使えない

66. 対策（STM）データ競合対策済み利点比較的簡単割と難しいといううわさも問題点非同期処理をしっかり意識しないと実装できない

67. まとめ

68. まとめ全てのコードに並列対応が必要フリーランチは終わった • アムダールの法則画面を固めるの禁止

69. 非同期処理対応 async/await Reactive Extensions アクターモデル

70. データ競合対応データ競合対策ロックコピーイミュータブルストリーム Reactive Extensions スレッドの所有権

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