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

1. 次世代非同期処理概観 Task vs Reactive Extensions 2012/3/10 #riaarch Yoshifumi Kawai @neuecc
2.  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-) Profile
3.  http://neue.cc/  C#とかLINQ  配色がアレ サイト
4.  http://linqjs.codeplex.com/  LINQのJavaScript移植 linq.js
5.  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 ReactiveProperty
6.  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 Agenda
7. What is asynchronous?
8.  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 非同期って？
9.  「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！ 非同期はなぜ重要か
10. Demo
11. Asynchronous Blues
12.  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 ネスト宇宙ヤバイ 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"));
13.  というかもう無理。 例外処理不能 var wc = new WebClient(); wc.DownloadStringCompleted += (_, res) => { if (res.Error != null) { MessageBox.Show(res.Error.Message); } var wc2 = new WebClient(); wc2.DownloadStringCompleted += (__, res2) => { if (res2.Error != null) { MessageBox.Show(res2.Error.Message); } MessageBox.Show(res2.Result); }; wc2.DownloadStringAsync(new Uri(res.Result)); }; wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"));
14. Patterns of Async Operation
15.  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ロミティブな非同期シス テムと考えていただければ APMとは
16. var req = WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"); req.BeginGetResponse(ar => { try { var res = req.EndGetResponse(ar); var req2 = WebRequest.Create(new StreamReader(res.GetResponseStream()).ReadToEnd()); req2.BeginGetResponse(ar2 => { try { var res2 = req2.EndGetResponse(ar2); var result = new StreamReader(res2.GetResponseStream()).ReadToEnd(); Dispatcher.BeginInvoke(() => MessageBox.Show(result)); } catch (Exception ex2) { Dispatcher.BeginIncoke(()=> MessageBox.Show("inner error " + ex2.Message)); } }, null); } catch (Exception ex1) { Dispatcher.BeginIncoke(()=> MessageBox.Show("outer error " + ex1.Message)); } }, null); catchできるのは同じ関数のブロック内だけ UIスレッドへ通達する必要がある 非同期処理中の例外はEndのタイミングで伝送
17.  Event-Based Asynchronous 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 EAPとは
18. var wc = new WebClient(); wc.DownloadStringCompleted += (_, res) => { if (res.Error != null) { MessageBox.Show(res.Error.Message); } var wc2 = new WebClient(); wc2.DownloadStringCompleted += (__, res2) => { if (res2.Error != null) { MessageBox.Show(res2.Error.Message); } MessageBox.Show(res2.Result); }; wc2.DownloadStringAsync(new Uri(res.Result)); }; wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://localhost:8403/TestAPI.ashx")); 先にイベントを登録して リクエストの発行は後で行う(順序が逆だとダメ！) UIスレッドまわりは自動で面倒 みてくれる(WebClientの場合)
19.  Task Based 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 TAPとは
20. var uiScheduler = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext(); var req = WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"); 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() .ContinueWith(res => { MessageBox.Show(new StreamReader(res.Result.GetResponseStream()).ReadToEnd()); }, uiScheduler) .ContinueWith(res => { MessageBox.Show(res.Exception.Message); }, CancellationToken.None, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted, uiScheduler); 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 ネストしたTaskは明示的にUnwrap APMをラップする 例外は最後に統一的処理が可能 階層構造はフラット
21.  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 Rxとは
22. var req = WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx"); 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() .Subscribe( res => MessageBox.Show(new StreamReader(res.GetResponseStream()).ReadToEnd()), ex => MessageBox.Show(ex.Message)); APMをラップする 階層構造はフラット 例外は最後に統一的処理が可能 実行スレッドのコントロール
23. 事前にラップ用拡張メソッドを用意すると 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 // 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(); } }); } } 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));
24. Future
25.  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 C# 5.0
26. 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) { MessageBox.Show(ex.Message); } } asyncキーワードを足す awaitキーワードで継続 awaitキーワードで継続 同期構文と何も変わらない例外処理
27.  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 Rx is awaitable var nextUrl = await WebRequest.Create("http://localhost:8403/TestAPI.ashx").DownloadStringAsObservabl var result await WebRequest.Create(nextUrl).DownloadStringAsObservable()
28.  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 Task is Observable new WebClient().DownloadStringTaskAsync("url").ToObservable() .SelectMany(x => new WebClient().DownloadStringTaskAsync(x)) .Subscribe()
29.  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 FromAsyncPattern
30.  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 どれを選択すべきか
31.  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 非同期ストリーム処理
32.  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 Rx v2 Beta
33.  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 まとめ