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@hanhan1978
PHPで
書いて覚える非同期処理
PHPカンファレンス 2021
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@hanhan1978
● 富所 亮
● 所属
○ 株式会社カオナビ
● 職業
○ Webアプリケーションエンジニア
● ブログ
○ https://blog.hanhans.net
● Yokohama North AM
○ https://anchor.fm/yokohama-north-am
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はじめに
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4
PHPアプリケーションは
同期的なBlocking IOが基本
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私達が書いたプログラムは書いた順番に
処理されて動作する
人間の脳にとてもやさしい
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非同期は、分かりにくい
界隈では、関連情報が増加してきているのは感じる
Swoole, React, AmPHP…. Generator, Fiber
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書いたプログラムは書いた順番に動くとは
限らない
人間の脳にとても厳しい
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今回のテーマ
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「非同期が分からない！」
を分解
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今日のテーマ
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裏テーマ
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システムコールとか、Socket通信とかを
PHPで書こうと思う人を増やす
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Webサーバーが作れるようになるぞ！
https://speakerdeck.com/hanhan1978/phpdewebsabazuo-rou
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PHPでPHPを動かす時代が来る！
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多分
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小ネタ
平行じゃない => 並行
平行 : parallel
並行 : concurrent, (parallel)
並列 : parallel
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1. 用語の定義
2. なぜ必要なのか？
3. 非同期関連の実装
4. PHPで使える解決策
目次
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同期的なプログラミング
記述したとおりの順番で動作するようなプログラミングモデル
非同期プログラミング
独立して発生するイベントに対する処理を記述するための並行プログラミン
グ手法の総称
17
高野祐輝. (2021). 並行プログラミング入門 5章 (初版.). オライリー・ジャパン.
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同期的なプログラミング
記述したとおりの順番で動作するようなプログラミングモデル
非同期プログラミング
独立して発生するイベントに対する処理を記述するための並行プログラミン
グ手法の総称
18
高野祐輝. (2021). 並行プログラミング入門 5章 (初版.). オライリー・ジャパン.
処理の順番はイベントの発
生順に依存する
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Async Programming - ColdBox HMVC Documentation
https://coldbox.ortusbooks.com/digging-deeper/promises-async-programming
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Async Programming - ColdBox HMVC Documentation
https://coldbox.ortusbooks.com/digging-deeper/promises-async-programming
タスクは直列に実行され
るため、全ての処理を足
し合わせた実行時間にな
る
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Async Programming - ColdBox HMVC Documentation
https://coldbox.ortusbooks.com/digging-deeper/promises-async-programming
タスクは並列に実行され
るため、全体の処理時間
≒ 最も長いタスクの時間
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例えばPHP
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ToDoリストを検索するバックエンドの処理（例）
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ToDoリストを検索するバックエンドの処理（例）
直列に処理しなければ、整合
性が取れない。
同期的処理に意味がある
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例えばJavaScript
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buttonクリックで発生するイベント
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buttonクリックで発生するイベント
ボタンがいつ押されるかは分
からない。
非同期的処理に意味がある
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例えばJavaScript - part2
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ページ読込み後にAjaxでAPIをコールする例
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buttonクリックで発生するイベント
付帯情報は、あとでページに表示
されれば問題ない
非同期的処理に意味がある
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改めて比べてみると
向き・不向きに合わせてプログラミングモ
デルが選択されているだけ
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特にJavaScriptは、処理をブロックしないことに心血を注いでいる
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小ネタ２
JSの人たち
「たまには同期してほしい」
PHPの人たち
「たまには非同期してほしい」
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1. 用語の定義
2. なぜ必要なのか？
3. 非同期関連の実装
4. PHPで使える解決策
目次
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34
JavaScriptで考えてみる
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35
Amazon トップページ
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36
Amazon トップページ
各要素は、スクロールに合わ
せて読み込まれる
非同期であることがUX向上に
ダイレクトにつながる
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JSの非同期処理の実行モデル
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https://zenn.dev/qnighy/articles/345aa9cae02d9d
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PHP（バックエンド）で考えてみる
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いわゆるMVCフレームワーク
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40
いわゆるMVCフレームワーク
1. 認証して
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41
いわゆるMVCフレームワーク
2. 過去の参加イベントを
取る
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42
いわゆるMVCフレームワーク
3. メインに表示する情報
を取得
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非同期にしてしまうと、事前に必要なデー
タが取れていない。
同期的であることに意味があるパターン
が多い。
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バックエンドのひとつのエンドポイントから
考えると、非同期処理の必要性が分から
なくなる
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うまく適用できた例
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https://speakerdeck.com/suzuki/guzzle-promisewoshi-tuta-fei-tong-qi-chu-li-niy
oruapikorufalsegao-su-hua
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https://www.slideshare.net/techblogyahoo/phpioyield-phpcon2014
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同時に実行しても問題ないIO処理を束ね
る
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その他の適用例
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Queue
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Laravel Queues [ Pocket Guide ] - DEV Community
https://dev.to/mvpopuk/laravel-queues-pocket-guide-c6a
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イベント監視が別プロセスだけど...
メール送信、退会バッチ処理等、適用範囲も広
い。長いIOを他のプロセスにまかせてしまい結
果をすばやく戻す
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PHP単体だと、非同期処理は適用範囲が
狭い
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なぜ非同期フレームワークは生まれ
なぜFiberは実装されるのか
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視野を広げてみる必要がある
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56
いわゆる PHP のWebアプリ
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57
Nginx + PHP-FPM
PHP処理系の気の効いた図
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１リクエストに対して 1つのPHP実行プロセス
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１リクエストに対して 1つのPHP実行プロセス
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各リクエストは、隔離されたプロセ
スで実行され、互いに影響しない
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既存のPHPの処理モデルは
同期的、ステートレス
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例えば、Swoole PHP
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Swooleサーバーの概要図
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Swooleプロセス自体が1つのPHPプロセス
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Swooleプロセス自体が1つのPHPプロセス
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各リクエストは、同じプロセス内で
実行される。
コルーチンで分離されている
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Swoole が非同期で目指すこと
1つのコルーチンがIO処理待ちになったら、次のコ
ルーチンに処理を移す
CPUの利用効率をあげる。
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Swoole が目指すのは
非同期的でステートフルな処理モデル
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しかし、エンドポイント単位の視点に立つ
と
-> リクエストは同期的に処理されているよ
うにみえる
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だから、PHPerには非同期処理がわかり
ずらい。
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1. 用語の定義
2. なぜ必要なのか？
3. 非同期関連の実装
4. PHPで使える解決策
目次
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この章はPHPで非同期実装の感覚を養う話
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PHP単体での非同期処理の仕組みはな
い（多分）
システムコールと組み合わせて、非同期
に処理を行う実装を行う
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ここで、ちょっとだけ事前説明
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システムコール
オペレーティングシステム (OS)（より明確に言えばOS
のカーネル）の機能を呼び出すために使用される機構
のこと。
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Socket Functions
https://www.php.net/manual/en/ref.sockets.php
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Socket通信
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https://world4java.wordpress.com/2014/02/28/socket-programming/
Socket Programming
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IOモデル
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● ブロッキング IO
● ノンブロッキング IO
● IO 多重化
● シグナル IO
● 非同期 IO
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● ブロッキング IO
● ノンブロッキング IO
● IO 多重化
● シグナル IO
● 非同期 IO ← この２つは今日は扱いません
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IOモデルを文章だけで
理解するのは難しいので...
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Echoサーバー
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文字列を受け取って、文字列を返すだけのサーバー
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文字列を受け取って、文字列を返すだけのサーバー
echoサーバーに接続
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文字列を受け取って、文字列を返すだけのサーバー
入力した文字列がそのま
ま戻ってくる
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Echoサーバー実装は、非同期処理関連の実
装技術を知るための、極めて効果的でコスパ
が高い方法
写経をオススメします！！
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https://speakerdeck.com/bati11/otozhong-liang-kunaruhua
C言語の実装例
本当はコレを写経するのが良い
が...
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PHPでの実装例
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https://github.com/hanhan1978/shadow-php/tree/master/echo-server
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Blocking IO
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ブロッキングIO
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ブロッキングIO
SocketでListen
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ブロッキングIO
ここでBlock
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ブロッキングIO
このサーバーは、通信をBlockするの
で、一度に１クライアントしか扱えない
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NonBlocking IO
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ノンブロッキングIO
SocketをNonBlockに設定
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ノンブロッキングIO
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ノンブロッキングIO
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このサーバーは、無限Loopしなが
ら、接続したクライアントを自分で管
理して、通信できる。
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IO多重化
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IO多重化
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102
IO多重化
ここでBlock
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103
IO多重化
Select は状態が変化したSocket全
てを検知できるので、Blockはしてい
るが、複数のクライアントを処理でき
る
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104
例えば... Guzzleのasyncリクエスト
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Guzzleのpromise
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106
Guzzleのpromise
内部では curlmulti が使われて
いて、poll でIO多重化されてる
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非同期処理では、システムコールやIOモ
デルの理解が重要になる
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小ネタ３
雑に strace を使うと、裏側で使っている
システムコールが簡単に見れる
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1. 用語の定義
2. なぜ必要なのか？
3. 非同期関連の実装
4. PHPで使える解決策
目次
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非同期フレームワーク
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Swoole, React, AmPHP
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３者ともに、ノンブロッキングのイベント駆
動を指向
-> 解決しようとする課題は同じ
Amp は V3 で Fiber に対応している
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Generator
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Generator (非対称コルーチンの非同期処理実装例 )
Ngyuki chatの例 https://qiita.com/ngyuki/items/1f0ec69db9d78ba50ebb
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Fiber
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https://wiki.php.net/rfc/fibers
RFC
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https://qiita.com/rana_kualu/items/6247441f6fdd63c10a06
【PHP8.1】PHPで簡単に非同期処理を書けるようになる
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とまあ建前は置いておいて
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● 一般開発者が使う機能ではない
● コアに入ったのでXdebugが動く
● Schedulerとかはまだ
● Async/Await とかもまだ
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Generatorと何が違う？
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● スタックのどこからでも停止・再開
● FiberError, FiberExit
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じゃあ、今の状態で何ができる？
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Generator同様に、メソッドの実行停止・再開ができる
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Generator同様に、メソッドの実行停止・再開ができる
Fiberインスタンス生成
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Generator同様に、メソッドの実行停止・再開ができる
Fiber実行開始
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Generator同様に、メソッドの実行停止・再開ができる
ここで止まる
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Generator同様に、メソッドの実行停止・再開ができる
ここで再開
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Main と Fiber を行ったりきたり
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Main と Fiber を行ったりきたり
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これは非同期じゃない。シングル
スレッドで同期的に動いている
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非同期IOと組み合わせると...
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非同期IOと組み合わせると...
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ノンブロッキングやIO多重化を組
み合わせることで suspend に意
味がでる
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Generatorを使った実装のサンプルはま
だまだ少ない
私と一緒に是非 shadow-php へ...
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参考資料
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Mastering Swoole PHP - Bruce Dou
Swoole 作者による解説著作
全体の2/3がPHPの処理モデル
やIOモデルの説明となっていて、
非同期を取り巻く状況を雑観でき
る。
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並行プログラミング入門 - 高野 祐輝
並行処理について、裏側の仕組
みから解説してくれる本
包括的に書かれていて、とりあえ
ずコレ一冊やるとだいぶ霧が晴れ
る感じがあります。
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n月刊ラムダノート Vol.1
コルーチンについて、歴史から詳
しく載っています。
これを読んだおかげで、
Async/Await や Promiseについ
ても理解が深まりました。
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計算機プログラムの構造と解釈 第2版
第五章 Stream
直接非同期には関係ないのだけ
れど、関数に状態を閉じ込めると
いう考え方が、非対称コルーチン
に通じるところがあり、面白いで
す。
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@hanhan1978
相談・指摘・その他
下記のTwitterアカウントにどうぞ
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