非同期メソッド呼び出し

マルチスレッドコンピュータプログラミングにおける非同期メソッド呼び出し( AMI )は、非同期メソッド呼び出しまたは非同期パターンとも呼ばれ、呼び出されたコードが終了するまで呼び出しサイトがブロックされない設計パターンです。代わりに、応答が到着すると呼び出しスレッドに通知されます。応答をポーリングすることは望ましくないオプションです。

背景

AMIは、オブジェクトの潜在的に長時間実行されるメソッドを非同期に呼び出すための設計パターンです。^[1] これは、1996年にAllan Vermeulenによって説明されたIOU（「I owe you」）パターンに相当します。^[2]^[3]

ほとんどのプログラミング言語では、呼び出されたメソッドは同期的に実行されます。つまり、メソッドが呼び出された実行スレッドで実行されます。メソッドが完了するまでに長い時間がかかる場合 (たとえば、インターネット経由でデータをロードしている場合)、メソッドが完了するまで呼び出しスレッドはブロックされます。これが望ましくない場合は、「ワーカースレッド」を開始して、そこからメソッドを呼び出すことができます。ほとんどのプログラミング環境では、多くのスレッドを作成することで発生する可能性のあるオーバーヘッドを回避するように注意する場合、これには多くのコード行が必要です。AMI は、潜在的に長時間実行される (「同期」) オブジェクトメソッドを、すぐに返される「非同期」バリアントと、完了の通知を簡単に受け取ったり、後で完了を待ったりできる追加のメソッドで拡張することで、この問題を解決します。

AMIの一般的な用途の1つは、アクティブオブジェクト設計パターンです。代替手段としては、同期メソッド呼び出しとフューチャーオブジェクトがあります。^[4] AMIを利用する可能性のあるアプリケーションの例としては、すべての画像が読み込まれる前でもWebページを表示する必要のあるWebブラウザがあります。

メソッドはプロシージャの特殊なケースなので、非同期メソッド呼び出しは非同期プロシージャ呼び出しの特殊なケースになります。

実装

Javaクラス

Java のFutureTaskクラス^[5]はイベントを使用して同じ問題を解決します。このパターンはAMIのバリエーションであり、実装にはより多くのオーバーヘッドがかかりますが、ソフトウェアコンポーネントを表すオブジェクトには便利です。

.NET フレームワーク

非同期プログラミングモデル（APM）パターン（.NET Framework 2.0より前に使用）^[6]
イベントベースの非同期パターン (EAP) (.NET Framework 2.0 で使用) ^[7]
タスクベースの非同期パターン (TAP) (.NET Framework 4.0 で使用) ^[8]

例

次の例は、 .NET Frameworkで使用される標準のAMIスタイルに基づいています。^[9] メソッドにAccomplish、2つの新しいメソッドBeginAccomplishとを追加しますEndAccomplish。

クラスExample { Result Accomplish ( args … ) IAsyncResult BeginAccomplish ( args … ) Result EndAccomplish ( IAsyncResult a ) … }

を呼び出すとBeginAccomplish、クライアントはすぐに型のオブジェクトAsyncResult（インターフェースを実装するIAsyncResult）を受け取るので、呼び出しスレッドを無関係な作業で続行することができます。最も単純なケースでは、最終的にそのような作業はなくなり、クライアントはを呼び出しEndAccomplish（以前に受け取ったオブジェクトを渡す）、メソッドが完了して結果が利用可能になるまでブロックします。^[10]オブジェクトAsyncResultは通常、長時間実行メソッドがすでに完了したかどうかをクライアントが照会できるようにするメソッドを少なくとも提供します。

インターフェースIAsyncResult { bool HasCompleted () … }

BeginAccomplish長時間実行メソッドが完了したときに呼び出されるコールバックメソッドをに渡すこともできます。これは通常EndAccomplish、長時間実行メソッドの戻り値を取得するためにを呼び出します。コールバックメカニズムの問題は、コールバック関数がワーカースレッドで自然に実行されることです（元の呼び出しスレッドではなく）。これにより、競合状態が発生する可能性があります。^[11]^[12]

.NET Framework のドキュメントでは、イベントベースの非同期パターンという用語は、AccomplishAsyncの代わりにという名前のメソッドを使用する代替 API スタイル (.NET 2.0 以降で使用可能) を指しますBeginAccomplish。^[13]^[14] 表面的な違いは、このスタイルでは、長時間実行されるメソッドの戻り値がコールバックメソッドに直接渡されることです。さらに重要なのは、API が特別なメカニズムを使用して、呼び出されたAccomplishCompletedのと同じスレッドでコールバックメソッド ( 型のイベントオブジェクト内に存在する)を実行するBeginAccomplishことです。これにより、競合状態の危険性が排除され、API が使いやすくなり、ソフトウェアコンポーネントに適したものになります。一方、このパターンの実装には、追加のオブジェクト作成と同期のオーバーヘッドが伴います。^[15]

参考文献

^ 「非同期メソッド呼び出し」。Distributed Programming with Ice。ZeroC , Inc. 2008年1月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年11月22日閲覧。
^ アラン・ヴァーミューレン (1996 年 6 月)。「非同期設計パターン」。ドブ博士の日記。2008 年11 月 22 日に取得。
^ Nash, Trey (2007)。「C #でのスレッド化」。Accelerated C# 2008。Apress。ISBN 978-1-59059-873-3。
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^ 「イベントベースの非同期パターンを実装するタイミングの決定」。.NET Framework 開発者ガイド。Microsoft Developer Network。2008 年 11 月 22 日時点のオリジナルからアーカイブ。2008年11 月 22 日に取得。

さらに読む

Chris Sells & Ian Griffiths (2007)。「付録 C.3: イベントベースの非同期パターン」。プログラミング WPF。O'Reilly。747～749 ページ。ISBN 9780596510374。
C# での非同期メソッド呼び出しの使用

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[2] アラン・ヴァーミューレン (1996 年 6 月)。「非同期設計パターン」。ドブ博士の日記。2008 年11 月 22 日に取得。

[3] ^ Nash, Trey (2007)。「C #でのスレッド化」。Accelerated C# 2008。Apress。ISBN 978-1-59059-873-3。

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[8] 「タスクベースの非同期パターン」。Microsoft。2015年。 2015年6月29日閲覧。

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