Shallow Dip into Kotlin Coroutine

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1. Shallow Dip into Kotlin Coroutine キクチコウダイ
2. 自己紹介 菊池 広大（キクチコウダイ） 2023年6月 株式会社マネーフォワードに入社 埼玉出身、香港育ち、 Iターンで東京から福岡に引越し Github: https://github.com/BigBackBoom
3. 発表の概要
4. Coroutineとは Coroutineが スレッドの並列処理とどう違うのか、 Kotlinをベースに説明します。
5. Coroutineとは
6. Coroutineとは サブルーチンを並列処理させるために 一般化した手法
7. Coroutineとは • もともとは1963年にCobolのコンパイラ周りで提唱された • 複数のサブルーチンが自分の処理を中断し、プロセス間で リソースの協力をしながら並列処理を実行する。
8. Coroutineとは
9. Coroutineとは 普通のサブルーチン（メソッド）とは違うの？ a. サブルーチンは呼び出されるたびに、一から処理が開 始される b. Coroutineはサブルーチンで処理を中断して、別の処 理の開始・再開ができる
10. Coroutineとは スレッド使えば十分じゃない？ • スレッドはOS管理されている。そのため、OS毎に実装 を変更・バイナリの再コンパイルする必要がある。 • また、スレッドを複数立ち上げると、ハードウェアリソー スも大量に消費する。
11. Kotlin Coroutineの使い方
12. Launch Lauchを呼び出すことでCoroutineの非同期 処理を開始できる fun main(args: Array<String>) { GlobalScope.launch { println("world") } println("Hello") // 結果 // Hello } Launch
13. Launch • Launch処理が始まる前にmainが終 わってしまうので変更 • runBlockingは通常コードとCoroutine をブリッジするために使われる • Globalscopeを直接指定するのは、 Warningが出るので注意 fun main(args: Array<String>) { runBlocking { launch { println("Hello") } } println("World") // Hello // World } Launch
14. Launch • Coroutine内でサブルーチンを呼び出 す • サブルーチンの定義にsuspendをつけ る • サブルーチンの呼び出しで処理の中断 が行われる suspend fun printWorld() { delay(1000) // 中断 println("world") } fun main(args: Array<String>) { runBlocking { launch { printWorld() // 中断 } println("Hello") } // Hello // 〜1秒休憩〜 // World } } Suspend
15. Coroutineの実現方法
16. Coroutineの実現方法 Coroutineの処理はコンパイル時に ステートマシンコードが生成され置き換えられる。 単純にメソッドが実行されるわけではない
17. ステートマシン 右のコードをJVMバイトコードからデコンパイ ルして、中身を確認しました suspend fun printWorld() { delay(1000) // 中断 println("world") } fun main(args: Array<String>) { runBlocking { launch { printWorld() // 中断 } println("Hello") // Hello // World }
18. ステートマシン デコンパイルした中身を擬似コード化 1. mainのLaunchの中身が実行される fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld() } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
19. ステートマシン デコンパイルした中身を擬似コード化 1. mainのLaunchの中身が実行される 2. 非同期なので、Helloがコンソールに表 示 fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
20. ステートマシン 3. launchのlabelの０が実行され、 printWorldのメソッドが動く fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
21. ステートマシン 3. launchのlabelの０が実行され、 printWorldのメソッドが動く 4. printWorldでDelayedが走り、 printWorldを再開先として、 ContinuationImplを渡す。 fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
22. ステートマシン 3. launchのlabelの０が実行され、 printWorldのメソッドが動く 4. printWorldでDelayedが走り、 printWorldを再開先として、 ContinuationImplを渡す。 5. returnされて一旦全体の処理が終了す る。 fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
23. ステートマシン 3. launchのlabelの０が実行され、 printWorldのメソッドが動く 4. printWorldでDelayedが走り、 printWorldを再開先として、 ContinuationImplを渡す。 5. returnされて一旦全体の処理が終了す る。 6. 1秒経つと、ContinuationImplの invokeSuspendが実行され、再度 printWorldを実行。 fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
24. ステートマシン 7. 二度目では、ラベルがマイナスに更新さ れているため、Worldがコンソールに表 示 fun printWorld(continue: Continuation) { val cont = ContinuationImpl() { fun invokeSuspend() { printWorld(this) } } switch(continue.label){ 0: label = 1 if(Delayed(1000, cont) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } println(“world") } // EventLoop // Default label = 0 fun main() { runBlocking { launch { switch(label){ 0: label = 1 if(printWorld(this) == suspend) return suspend break; 1: throwOnFailure 2: ThrowIllegalState } } println("Hello") } }
25. Coroutineの実現方法 中断の原理はステートマシンだったとして 並列処理はなんでできるの？
26. Coroutineの実現方法 Coroutineの実行周りは三つのクラスに分かれる • Job：launch, async, flowなどのたびに作成される。 • Worker：スレッドそのもの、Jobを実行する。 • Scheduler：Workerを管理する。リソース管理を行う
27. Coroutineの実現方法
28. Coroutineの実現方法 • 並列処理自体は、スレッドにて実現 • 一つのスレッドが複数の処理を実行するので、処理ご とにスレッドを立ち上げるよりオーバーヘッドが少ない • そのため、大量のスレッドを立ち上げるより軽量に動け る
29. Coroutineの実現方法 • そのほかにも、JobがJobを作成していた場合の親子 関係や、実行できるスレッドのScopeやContextなどの 考えがある
30. Kotlin/Nativeの謎
31. Kotlin/Nativeの謎 Native周りのコードにlauchなどが見当たらない。
32. Kotlin/Nativeの謎 Kotlin → LLVM中間コードの コンパイラが見つからないので、 まさか直に置き換えている？🤔
33. Kotlin/Nativeの謎 それ以外の、Worker/Jobの概念は一緒。 Objective-C++で書かれているので、 iOS/Linuxなど複数プラットフォームをこれで対応して いる？
34. まとめ
35. Coroutineとは • Coroutineは古くからある手法で、プログラミング言語の実 装として実現されている • そのため、少ないリソースで非同期処理を実現している • また、プログラミング言語さえ動けばOS環境は不問 • Kotlinでは、JVMのスレッド処理とステートマシンによって 非同期な処理を実現している。
36. 以上、ありがとうございました！
37. 参考資料 • Asynchronous Programming with coroutines