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サーバーサイドでの
Kotlin Coroutines
2022年2月10日 Server-Side Kotlin Meetup vol.1
竹端 尚人
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自己紹介
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概要
竹端 尚人
主にバックエンドエンジニア
株式会社justInCaseTechnlogies 技術顧問
アスクル株式会社 技術顧問
Twitter: @n_takehata
● 2006.04 公務員
● 2007.12 SES
● 2014.04 株式会社アプリボット(Kotlinを始める)
● 2020.06 株式会社ZOZOテクノロジーズ
● 2020.12 フリーランス(現在)
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登壇、執筆
● CEDEC 2018、2019登壇
● Software Design 2019年2月号〜4月号で短期連載
「サーバーサイド開発の品質を向上させる Java→Kotlin
移行のススメ」執筆
● 2021年4月 書籍「Kotlin サーバーサイドプログラミング
実践開発」を出版
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本日の内容
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サーバーサイドでのKotlin Coroutinesの
使いどころについて
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● Androidアプリに比べると話題に上がることが少ない(印象)
● サーバーサイドではブロッキングが必ずしもクリティカルで
はない
● それでもパフォーマンス向上に寄与することは確実で、使用
しているプロジェクトもある
サーバーサイドでの
Kotlin Coroutines事情
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サーバーサイドでの利用シーンや実装について
紹介していきます
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アジェンダ
1. 改めてKotlin Coroutinesの挙動
2. HTTP通信での使用
3. gRPC通信での使用
4. データベース通信での使用
5. まとめ
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1. 改めてKotlin Coroutinesの挙動
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次のコードを実行するとどういう順番で
メッセージが出力がされるでしょう？
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coroutineScope {
launch {
for (i in 1..5) {
println("Hello A $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
println("Hello B $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
println("Hello C $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
}
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実行結果
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Hello A 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 2 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 3 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 4 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 5 thread:Thread[main,5,main]
Hello B 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello B 2 thread:Thread[main,5,main]
・・・
Hello C 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello C 2 thread:Thread[main,5,main]
・・・
Aの1〜5→Bの1〜5→Cの1〜5 の順番で出力される
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つまり直列で動いている
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ループの中で中断関数を呼ぶ
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runBlocking {
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello A $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello B $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello C $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
}
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Hello A 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello B 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello C 1 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 2 thread:Thread[main,5,main]
Hello B 2 thread:Thread[main,5,main]
Hello C 2 thread:Thread[main,5,main]
Hello A 3 thread:Thread[main,5,main]
Hello B 3 thread:Thread[main,5,main]
・・・
Aの1→Bの1→Cの1→Aの2→Bの2・・・ と出力される
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runBlocking {
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello A $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello B $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
launch {
for (i in 1..5) {
delay(1) // 中断
println("Hello C $i thread:${Thread.currentThread()}")
}
}
}
①中断して次のlaunchへ
②中断して次のlaunchへ
③中断して次のlaunchへ
④復帰して出力
⑥復帰して出力
⑧復帰して出力
⑤中断して次のlaunchへ
⑦中断して次のlaunchへ
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● 中断をされなければただの直列処理になる
● 外部I/Oなど処理以外の待ちが発生する時に中断してくれると次の処理
が進められる
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外部I/Oの処理でCoroutinesを使うパターンを紹介していきます
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前提:
ここから先のコードはSpring WebFluxで呼び出して動かしてます
(呼び出し元のRouter FunctionsやControllerは省略してます)
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2. HTTP通信での使用
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Spring WebFluxのWebClientでの実装
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val webClient = WebClient.builder().build()
coroutineScope {
println("${LocalDateTime.now()} start coroutines. thread:${Thread.currentThread()}")
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Google. thread:${Thread.currentThread()}")
val response = webClient.get().uri("https://www.google.com/")
.accept(MediaType.TEXT_HTML)
.retrieve()
.awaitBody()
println("${LocalDateTime.now()} end Google. thread:${Thread.currentThread()}")
Regex(""".*""").find(response)?.value
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Yahoo. thread:${Thread.currentThread()}")
val response = webClient.get().uri("https://www.yahoo.co.jp/")
// 省略・・・
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Bing. thread:${Thread.currentThread()}")
val response = webClient.get().uri("https://www.bing.com/")
// 省略・・・
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
①WebClientを生成
②URLを設定してGETを実行
③HTMLからtitleを正規表現で取得
④全ての実行が終わったら
awaitAllで取得して出力
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実行結果
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2022-02-08T08:30:46.381236 start coroutines. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:46.387398 start Google. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:46.978801 start Yahoo. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:46.983323 start Bing. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:47.210427 end Yahoo. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:47.239416 end Google. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:30:47.308506 end Bing. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
[Google, Yahoo! JAPAN, Bing]
● 各asyncブロックがstartし、順に終了している
● webClientの実行のところで中断されているのがわかる
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coroutineScope {
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Google. thread:${Thread.currentThread()}")
val response = restTemplate.getForObject("https://www.google.com/")
println("${LocalDateTime.now()} end Google. thread:${Thread.currentThread()}")
Regex(""".*""").find(response)?.value
},
RestTemplateを使うとブロッキングになってしまうので注意
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3. gRPC通信での使用
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呼び出されるgRPCサーバー
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@GRpcService
class GreeterGrpcService : GreeterGrpcKt.GreeterCoroutineImplBase() {
override suspend fun hello(request: HelloRequest) = HelloResponse.newBuilder()
.setText("Hello ${request.name}")
.build()
}
nameをリクエストで受け取って、メッセージを作って textとして返すだけの処理
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grpc-kotlinでの実装
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val channel = ManagedChannelBuilder.forAddress("localhost", 6565)
.usePlaintext()
.build()
val stub = GreeterGrpcKt.GreeterCoroutineStub(channel)
coroutineScope {
println("${LocalDateTime.now()} start coroutines. thread:${Thread.currentThread()}")
val deferreds = listOf(
async {
val request = HelloRequest.newBuilder().setName("Kotlin").build()
println("${LocalDateTime.now()} start Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
val response = stub.hello(request)
println("${LocalDateTime.now()} end Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
response.text
},
async {
val request = HelloRequest.newBuilder().setName("Java").build()
// 省略・・・
},
async {
val request = HelloRequest.newBuilder().setName("Scala").build()
// 省略・・・
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
①gRPCのStubを生成
②リクエストを実行
③レスポンスからtextを取得
④全ての実行が終わったら
awaitAllで取得して出力
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実行結果
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2022-02-08T08:35:20.178803 start coroutines. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:35:20.186422 start Kotlin thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:35:20.207198 start Java thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:35:20.212305 start Scala thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:35:20.422334 end Java thread:Thread[grpc-default-executor-0,5,main]
2022-02-08T08:35:20.422439 end Scala thread:Thread[grpc-default-executor-1,5,main]
2022-02-08T08:35:20.422513 end Kotlin thread:Thread[grpc-default-executor-2,5,main]
[Hello Kotlin, Hello Java, Hello scala]
● 各asyncブロックがstartし、順に終了している
● 実行スレッドはgrpc-default-executorに切り替わる(grpc-kotlinが依存しているgrpc-javaの影響)
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4. データベース通信での使用
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テストデータの作成
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CREATE TABLE user(id int PRIMARY KEY, name varchar(32), age int);
INSERT INTO user VALUES(1, "Kotlin", 10), (2, "Java", 20), (3, "Scala", 8);
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JDBCを使用した場合
最もよく使用される
ブロッキングのデータベースアクセス
(ORMとしてMyBatisを使用)
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ここまでと同様にcoroutineScopeで実装
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coroutineScope {
println("${LocalDateTime.now()} start coroutines. thread:${Thread.currentThread()}")
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(1)
println("${LocalDateTime.now()} end Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Java thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(2)
println("${LocalDateTime.now()} end Java thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Scala thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(3)
println("${LocalDateTime.now()} end Scala thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
①MyBatisのMapperで主キー検索を実行
②実行結果からnameを取得
③全ての実行が終わったら
awaitAllで取得して出力
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実行結果
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2022-02-08T08:39:13.124363 start coroutines. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.130277 start Kotlin thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.618934 end Kotlin thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.620109 start Java thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.624218 end Java thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.624440 start Scala thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:39:13.627268 end Scala thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
[Kotlin, Java, Scala]
● 各asyncブロックが直列で実行されている
● JDBCはデータベースへのアクセス中も中断してくれないため
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withContextでContextを切り替える
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withContext(Dispatchers.IO) {
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(1)
println("${LocalDateTime.now()} end Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Java thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(2)
println("${LocalDateTime.now()} end Java thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Scala thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(3)
println("${LocalDateTime.now()} end Scala thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
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withContext(Dispatchers.IO) {
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(1)
println("${LocalDateTime.now()} end Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Java thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(2)
println("${LocalDateTime.now()} end Java thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Scala thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userMapper.selectByPrimaryKey(3)
println("${LocalDateTime.now()} end Scala thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
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実行結果
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2022-02-08T08:43:16.225768 start coroutines. thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-1,5,main]
2022-02-08T08:43:16.228337 start Kotlin thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-3,5,main]
2022-02-08T08:43:16.232434 start Scala thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-4,5,main]
2022-02-08T08:43:16.232335 start Java thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-2,5,main]
2022-02-08T08:43:16.729098 end Kotlin thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-3,5,main]
2022-02-08T08:43:16.734883 end Scala thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-4,5,main]
2022-02-08T08:43:16.738588 end Java thread:Thread[DefaultDispatcher-worker-2,5,main]
[Kotlin, Java, Scala]
Contextを切り替えて各asyncブロックが並列で実行されている
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R2DBCを使用した場合
ノンブロッキングでの
データベースアクセス
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R2DBCとは？
● Reactive Relational Database Connectivityの略
● RDBに対するリアクティブなAPIを提供する
● これを使うとノンブロッキングでRDBへのアクセスを実現で
きる
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implementation("org.springframework.boot:spring-boot-starter-data-r2dbc")
runtimeOnly("dev.miku:r2dbc-mysql")
Gradleに依存関係の追加
Spring Bootのstarterと、MySQLのドライバーを追加する
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interface UserRepository : CoroutineCrudRepository {
}
データクラスとRepositoryの作成
data class User(
@Id
val id: Int,
val name: String,
val age: Int
)
● テーブルに構造に紐づいたデータクラスを作成
● CoroutineCrudRepositoryを実装したRepositoryを作成(これで各
種アクセスの関数が使える )
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CoroutineCrudRepositoryの中身
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/**
* Retrieves an entity by its id.
*
* @param id must not be null.
* @return [Mono] emitting the entity with the given id or empty if none found.
* @throws IllegalArgumentException in case the given id is null.
*/
suspend fun findById(id: ID): T?
/**
* Returns whether an entity with the given id exists.
*
* @param id must not be null.
* @return true if an entity with the given id exists, false otherwise.
* @throws IllegalArgumentException in case the given id is null.
*/
suspend fun existsById(id: ID): Boolean
/**
* Deletes the entity with the given id.
*
* @param id must not be null.
* @throws IllegalArgumentException in case the given id is null.
*/
suspend fun deleteById(id: ID)
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各種データベース操作が
suspending functionで定義されている
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coroutineScope {
println("${LocalDateTime.now()} start coroutines. thread:${Thread.currentThread()}")
val deferreds = listOf(
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userRepository.findById(1)
println("${LocalDateTime.now()} end Kotlin thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Java thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userRepository.findById(2)
println("${LocalDateTime.now()} end Java thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
},
async {
println("${LocalDateTime.now()} start Scala thread:${Thread.currentThread()}")
val result = userRepository.findById(3)
println("${LocalDateTime.now()} end Scala thread:${Thread.currentThread()}")
result?.name
}
)
println(deferreds.awaitAll())
}
①Repositoryで主キー検索を実行
②実行結果からnameを取得
③全ての実行が終わったら
awaitAllで取得して出力
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2022-02-08T08:46:28.149196 start coroutines. thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:28.156509 start Kotlin thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:28.448620 start Java thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:28.504981 start Scala thread:Thread[reactor-http-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:28.941121 end Kotlin thread:Thread[reactor-tcp-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:28.982010 end Java thread:Thread[reactor-tcp-nio-2,5,main]
2022-02-08T08:46:29.017775 end Scala thread:Thread[reactor-tcp-nio-2,5,main]
[Kotlin, Java, Scala]
● 各asyncブロックがstartし、順に終了している
● 実行スレッドはR2DBCの関数実行後はreactor-tcp-nioに切り替わる
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ノンブロッキングの
データベースアクセスを実現
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interface UserRepository : CoroutineCrudRepository {
suspend fun findByName(name: String): List
@Query(
"""
SELECT * FROM user
ORDER BY age
LIMIT 1
"""
)
suspend fun findMostYoung(): User
}
● シンプルなクエリは、 findByNameなど機能とカラム名の命名規則で作れる
● @Queryを使うことで自由にクエリを定義することもできる
● これもノンブロッキングになる
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JOOQからR2DBCを利用する方法も
● ORMのJOOQがバージョン3.15からR2DBCに対応
https://blog.jooq.org/reactive-sql-with-jooq-3-15-and-r2dbc/
● ただし、Spring Boot Starter JOOQの最新(現在2.6.3)は
JOOQ3.14系に依存しているため、別途Dependenciesの
追加が必要
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5. まとめ
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● HTTP通信、gRPC通信、データベース通信など時間のかか
るI/O処理が使いどころ
● JDBCなどブロッキングな処理を含む場合は、Contextの切
り替えが必要
● R2DBCを使えばデータベースアクセスもノンブロッキングに
できる
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ご清聴ありがとうございました