C#次世代非同期処理概観 - Task vs Reactive Extensions

C#次世代非同期処理概観
Task vs Reactive Extensions

2012/3/10 #riaarch
Yoshifumi Kawai @neuecc

Profile
 Name => Yoshifumi Kawai
 仕事は近頃はASP.NETで、あまりRIAじゃなかったり
 まあ、HTML5もRIAですし！
 Twitter
=> @neuecc
 HN => neuecc
 読むときは“のいえ”と読ませてます
 サイトのドメイン（特に意味はない）を繋いだだけ
で、識別子になればそれだけでいいと思って発音考
えてなかったので割とアレ
 Microsoft MVP for Visual C#(2011/4-)

サイト
 http://neue.cc/
 C#とかLINQ
 配色がアレ

linq.js
 http://linqjs.codeplex.com/
 LINQのJavaScript移植

ReactiveProperty
 http://reactiveproperty.codeplex.com/
 Rxスタイルのバインディング補助ライブラリ
 .NET4/SL5/SL5/WP7.1 対応

Agenda
 非同期処理とは何か
 非同期処理の苦痛
 .NET Frameworkにおける非同期処理パターン
 C# 5.0(Visual Studio 11)の非同期処理(async/await)

 Task vs Rx

非同期って？
 Parallel?
 並列 - 一つの処理をバラして同時実行して高速化
 Parallel.For/Parallel.ForEach/Parallel LINQ
 Concurrent?
 並行 - 個別な処理が相互作用したりしなかったり
 Thread, Task
 Asynchronous!
 非同期 - ブロックしない処理
 UIスレッドを止めなかったりIO処理効率化だったり
 DownloadStringAsyncなどやBeginXxx-EndXxxなど
 ThreadやTaskを使っても勿論いい

非同期はなぜ重要か
 「クラウド」並のバズワード、とか言ってみたり
 RIA的にはUIスレッドのブロックいくない
 ユーザーエクスペリエンス的には当然だろ常考
 Silverlight, Windows Phone, Windows 8(WinRT)には最
初から非同期メソッドしか用意されていない（同期
処理不可！）
 JavaScriptなんて最初からそれOnlyですしね

 Web的には同時接続対策
 C10K問題
 http://www.hyuki.com/yukiwiki/wiki.cgi?TheC10kProblem
 node.jsの流行にC#erとしてはC# 5.0で対抗する！

ネスト宇宙ヤバイ
 単発ならそれほどでもない
 ネストすると人類の手に負えない

var wc = new WebClient();
wc.DownloadStringCompleted += (_, res) =>
{
var wc2 = new WebClient();
wc2.DownloadStringCompleted += (__, res2) =>
{
MessageBox.Show(res2.Result);
};
wc2.DownloadStringAsync(new Uri(res.Result));
};

wc.DownloadStringAsync(new
Uri("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"));

例外処理不能
 というかもう無理。
wc.DownloadStringCompleted += (_, res) =>
{
if (res.Error != null)
{
MessageBox.Show(res.Error.Message);
}

{
if (res2.Error != null)
{
MessageBox.Show(res2.Error.Message);
}

};
};

wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"));

APMとは
 Asynchronous Programming Model
 BeginXxx-EndXxxのペアによる非同期処理

 WebRequest#BeginGetResponse-EndGetResponse
のようなもの

 とにかく面倒くさい
 ラムダ式登場で割と緩和されたけれど
 正しく使うのは慣れが必要
 後述するTaskやRxのベースとして活躍
 .NETにおけるもっともプリミティブな非同期シス
テムと考えていただければ

EAPとは
 Event-BasedAsynchronous Pattern
 XxxAsyncメソッド + XxxCompletedイベントのペア
による非同期処理
 WebClient#DownloadStringAsyncのようなもの

 素の状態のC#では割と楽な書き方
 リクエストの発行が後になるという順序の問題を
抱える
 後述するTaskやRxの登場でｻﾖｳﾅﾗ行き
 TaskやRxでラップするのも面倒くさいという

UIスレッドまわりは自動で面倒
wc.DownloadStringCompleted += (_, res) => みてくれる(WebClientの場合)
{
if (res.Error != null)
{
MessageBox.Show(res.Error.Message);
}

{
if (res2.Error != null)
{
先にイベントを登録して
MessageBox.Show(res2.Error.Message);
}

};
};

wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"));

リクエストの発行は後で行う(順序が逆だとダメ！)

TAPとは
 TaskBased Asynchronous Pattern
 .NET 4/SL5以降登場したTPLを使った非同期処理
 TPLはTask Parallel Libraryの略
 Threadを概ね置き換えます

 Task.Factory.FromAsyncでAPMをラップ
 .NET
4.5やWinRTにはフレームワークに最初から
ラップ済み or TAP用に書かれた専用メソッドが大
量追加
 WebRequest#GetResponseAsyncとか
 WebClient#DownloadStringAsyncとか

UIスレッド用スケジューラを用意することで
個別BeginInvoke不要

var uiScheduler = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();
APMをラップする

Task.Factory.FromAsync<WebResponse>(req.BeginGetResponse, req.EndGetResponse, null)
.ContinueWith(res =>
{
var req2 = WebRequest.Create(new StreamReader(res.Result.GetResponseStream()).ReadToEnd());
return Task.Factory.FromAsync<WebResponse>(req2.BeginGetResponse, req2.EndGetResponse, null);
})
.Unwrap()
ネストしたTaskは明示的にUnwrap
{
MessageBox.Show(new StreamReader(res.Result.GetResponseStream()).ReadToEnd());
}, uiScheduler)
{
MessageBox.Show(res.Exception.Message);
}, CancellationToken.None, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted, uiScheduler);

階層構造はフラット例外は最後に統一的処理が可能

Rxとは
 Reactive Extensions
 http://msdn.microsoft.com/en-us/devlabs/gg577609
 LINQベースのイベント・非同期処理ライブラリ

 LINQ
to Events, LINQ to Asynchronous
 WP7には同梱、JavaScript版もあり

 @ITで連載やってるので読んでね！
 http://www.atmarkit.co.jp/fdotnet/introrx/index/index.
html
 LINQベースのため合成処理が異常なほど強力
 非同期処理だけではなくあらゆる用途に使える

APMをラップする


Observable.FromAsyncPattern<WebResponse>(req.BeginGetResponse, req.EndGetResponse)()
.SelectMany(res =>
{
var next = new StreamReader(res.GetResponseStream()).ReadToEnd();
var req2 = WebRequest.Create(next);
return Observable.FromAsyncPattern<WebResponse>(req2.BeginGetResponse, req2.EndGetResponse)()
})
.ObserveOnDispatcher() 実行スレッドのコントロール
.Subscribe(
res => MessageBox.Show(new StreamReader(res.GetResponseStream()).ReadToEnd()),
ex => MessageBox.Show(ex.Message));

例外は最後に統一的処理が可能
階層構造はフラット

// Taskもそうですが、ラップ用メソッドは事前に拡張メソッドを作っておくと良いです
public static class WebRequestExtensions
{
public static IObservable<WebResponse> GetResponseAsObservable(this WebRequest request)
{
return Observable.FromAsyncPattern<WebResponse>(request.BeginGetResponse, request.EndGetRespo
}

public static IObservable<string> DownloadStringAsObservable(this WebRequest request)
{
return request.GetResponseAsObservable()
.Select(res =>
{
using (var sr = new StreamReader(res.GetResponseStream()))
{
return sr.ReadToEnd();
}
});
非同期処理とは思えないほど超
}
}
絶的に本体がシンプルになる
事前にラップ用拡張メソッドを用意すると

WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx")
.DownloadStringAsObservable()
.SelectMany(x => WebRequest.Create(x).DownloadStringAsObservable())
.ObserveOnDispatcher()
.Subscribe(
x => MessageBox.Show(x),
ex => MessageBox.Show(ex.Message));

C# 5.0
 Visual Studio 11
 http://www.microsoft.com/visualstudio/11/ja-jp
 async/await構文でContinueWithが言語サポート
 それに加えて標準クラスライブラリにもラップ済
みor専用処理のXxxAsync/XxxTaskAsyncメソッドが
大量追加
 ライブラリはWinRT/.NET 4.5のみでSL5やWP7には現
在はなし
 async/await自体は可能なので、自分でラップを作っ
て拡張メソッドとして用意すればいい

asyncキーワードを足す

private async void Button_Click_1(object sender, RoutedEventArgs e)
{
try
{
var nextUrl = await new WebClient().DownloadStringTaskAsync("http://localhost:8403/TestAPI.as
var result = await new WebClient().DownloadStringTaskAsync(nextUrl);
MessageBox.Show(result);
}
catch (Exception ex)
{ awaitキーワードで継続
MessageBox.Show(ex.Message);
}
}

同期構文と何も変わらない例外処理

Rx is awaitable
 Task
vs RxだったらRxのほうが使いやすい
 ただしC# 5.0ではTaskが圧倒的に使いやすい
 じゃあ将来を見据えてTaskで作ったほうが……？

 Rx(IObservable<T>)もawaitさせることはできます
 現在は実験版リリース or ver.2 Betaのみ対応

var nextUrl = await WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx").DownloadStringAsObservabl
var result await WebRequest.Create(nextUrl).DownloadStringAsObservable()

Task is Observable
 TaskのメソッドはToObservableでRxに変換可能
 SelectManyなど一部の主要なRxの合成系メソッド
はTaskを直接渡すことに対応
 まだ実験版, Rx v2 Betaのみ

new WebClient().DownloadStringTaskAsync("url").ToObservable()
.SelectMany(x => new WebClient().DownloadStringTaskAsync(x))
.Subscribe()

FromAsyncPattern
 Rxはawait可能であること、C# 5.0でTaskベースの
非同期処理がライブラリレベルでも主流になるこ
とから、Rx v2ではObservable.FromAsyncPatternは
Obsolete(非推奨)となりました
 Task.FromAsyncを使い、必要ならばToObservable
していく

どれを選択すべきか
 Silverlight 4ならばRx一択
 Taskないですから
 将来VS11/SL5に移行してTask中心になったとしても、
そのままawait出来るので問題はない
 Silverlight
5ではVS11を見据えて基本的なラップは
TaskのFromAsyncで行う
 処理自体はContinueWithで組んでもいいけれど、素
のTaskは使いづらいのでRxを使うのがベター
 同じく将来的にはRxはawait可能なので大丈夫
 WinRTや.NET 4.5 WPFではasync/awaitで
 一つの値を返すものはTask+async/awaitがベスト

非同期ストリーム処理
 Reactive Extensions
 単体の非同期処理はTaskに譲っても、Rxにはイベン
ト処理＋それらから流れてくるストリームをそのま
ま非同期処理して、非同期ストリーム化させる、な
どなど、非同期においても、まだ多くの役割がある

 TPL Dataflow
 .NET 4.5搭載のTaskベースの非同期ストリーム処理ラ
イブラリ
 Rxと直接対決になるかどうかはまだ分からない

Rx v2 Beta
 ダウンロードセンター or NuGetのpre releaseから
入手可能
 http://www.microsoft.com/download/en/details.aspx?i
d=29058
 .NET 4.5/SL5/WP 7.1専用
 高速化
 .NET Portable Library対応
 一つのプロジェクトで全てのプラットフォームに対
応可能になる

まとめ
 C#5.0超素晴らしい
 Rxの立ち位置は、非同期処理では若干難しくなっ
てきている
 将来的にはシンプルなケースでは完全不要でしょう
 ではRxに価値はないかというとそんなことはなくて、
メインであるイベント処理への活用や非同期スト
リーム処理などの方向で使えます
 なにより、現時点での唯一の解

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