1. さては非同期だなオメー！
async/await完全に理解しよう
ユニティ・テクノロジーズ・ジャパン
名雪 通
2018/05/07 - 09

2. 名雪 通
asyncのほう。
エンジニア

3. 安原 祐二
awaitのほう。
エンジニア

4. #unitetokyo2018
#完全に理解した

5. 2018年5月

6. Unity 2018.1 リリース

7. .NET 4.xがExperimental→Stableに！

8. C# 4.0→6.0

9. 参考: C# 5.0の新機能
• async/await
• 呼び出し元情報属性

10. 参考: C# 6.0の新機能
• 読み取り専用の自動プロパティ
• 自動プロパティの初期化子
• 式形式の関数メンバー
• using static
• null条件演算子
• 文字列補間
• 例外フィルター
• nameof式
• catchブロックとfinallyブロックでのawait
• インデックス初期化子
• コレクション初期化子の拡張メソッド
• オーバーロード解決の改善

11. async/await

12. async/awaitとは何か

13. async(= asynchronous = 非同期)
awaitを使うメソッドにつける必要があるキーワード

14. await(= 待つ)
非同期(async)メソッドを呼び出し、
その完了まで実行を中断するキーワード

15. ここまででのasync/await理解率: 10%

16. ここで問題です

17. このコードの開始→終了まで何秒かかるでしょうか
static void AsyncTest() {
// 開始
Console.WriteLine(DateTime.Now);
Thread.Sleep(5000);
// 終了
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}

19. 普通に5秒

20. 次の問題

21. このコードは開始→終了まで何秒かかるでしょうか
static void AsyncTest() {
// 開始
Console.WriteLine(DateTime.Now);
AsyncMethod();
// 終了
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
static async void AsyncMethod() {
Thread.Sleep(5000);
}

22. やっぱり5秒

23. 別にasyncをつけただけで非同期になるわけではない

24. 次はawaitの問題

25. このコードは開始→終了まで何秒かかるでしょうか
static void AsyncTest() {
// 開始
Console.WriteLine(DateTime.Now);
Task.Delay(5000);
// 終了
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}

27. なんと0秒

28. 次の問題

29. このコードは開始→終了まで何秒かかるでしょうか
static async void AsyncTest() {
// 開始
Console.WriteLine(DateTime.Now);
await Task.Delay(5000);
// 終了
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}

30. 5秒になった！

31. async/awaitは
「処理を非同期に行うための仕組み」ではなく、
「非同期の処理を待つための仕組み」である
理解率: 50%

32. では、どのように
その「非同期の処理を待つための仕組み」を
実現しているのか？

33. 逆コンパイルしてみよう

34. さっきのコード
static async void AsyncTest() {
// 開始
Console.WriteLine(DateTime.Now);
await Task.Delay(5000);
// 終了
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}

35. 逆コンパイルした結果
private static void AsyncTest() {
<AsyncTest>d__1 <AsyncTest>d__ = new <AsyncTest>d__1();
<AsyncTest>d__.<>t__builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();
<AsyncTest>d__.<>1__state = -1;
AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder = <AsyncTest>d__.<>t__builder;
<>t__builder.Start(ref <AsyncTest>d__);
}

36. インナークラスも生成されている
private sealed class <AsyncTest>d__1 : IAsyncStateMachine {
public int <>1__state;
public AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder;
private TaskAwaiter <>u__1;
private void MoveNext() {
int num = <>1__state;
try {
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
if (!awaiter.get_IsCompleted()) {
num = (<>1__state = 0);
<>u__1 = awaiter;
<AsyncTest>d__1 <AsyncTest>d__ = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter,
<AsyncTest>d__1>(ref awaiter, ref <AsyncTest>d__);
return;
}
} else {
awaiter = <>u__1;
<>u__1 = default(TaskAwaiter);
num = (<>1__state = -1);
}
awaiter.GetResult();
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
catch (Exception exception)
{
<>1__state = -2;
<>t__builder.SetException(exception);
return;
}
<>1__state = -2;
<>t__builder.SetResult();
}
}

37. わかりやすく書き直してみる

38. 元の関数
private static void AsyncTest() {
var stateMachine = new AsyncTestStateMachine();
stateMachine.builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();
stateMachine.state = -1;
stateMachine.builder.Start(ref stateMachine);
}
static async void AsyncTest() {
Console.WriteLine(DateTime.Now); // 開始
await Task.Delay(5000);
Console.WriteLine(DateTime.Now); // 終了
}

39. private sealed struct AsyncTestStateMachine : IAsyncStateMachine {
public int state;
public AsyncVoidMethodBuilder builder;
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private void MoveNext() {
int num = state;
try {
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted) {
num = state = 0;
taskAwaiter = awaiter;
AsyncTestStateMachine stateMachine = this;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, AsyncTestStateMachine>(ref
awaiter, ref stateMachine);
return;
}
} else {
awaiter = taskAwaiter;
taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
num = state = -1;
}
awaiter.GetResult();
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
catch (Exception exception)
{
state = -2;
builder.SetException(exception);
return;
}
state = -2;
builder.SetResult();
}
}
インナークラス

40. private sealed struct AsyncTestStateMachine : IAsyncStateMachine {
public int state;
public AsyncVoidMethodBuilder builder;
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private void MoveNext() {
int num = state;
try {
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted) {
num = state = 0;
taskAwaiter = awaiter;
AsyncTestStateMachine stateMachine = this;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, AsyncTestStateMachine>(ref
awaiter, ref stateMachine);
return;
}
} else {
awaiter = taskAwaiter;
taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
num = state = -1;
}
awaiter.GetResult();
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
catch (Exception exception)
{
state = -2;
builder.SetException(exception);
return;
}
state = -2;
builder.SetResult();
}
}
インナークラスのMoveNext
private void MoveNext() {

41. private sealed struct AsyncTestStateMachine : IAsyncStateMachine {
public int state;
public AsyncVoidMethodBuilder builder;
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private void MoveNext() {
int num = state;
try {
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted) {
num = state = 0;
taskAwaiter = awaiter;
AsyncTestStateMachine stateMachine = this;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, AsyncTestStateMachine>(ref
awaiter, ref stateMachine);
return;
}
} else {
awaiter = taskAwaiter;
taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
num = state = -1;
}
awaiter.GetResult();
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
catch (Exception exception)
{
state = -2;
builder.SetException(exception);
return;
}
state = -2;
builder.SetResult();
}
}
インナークラス
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
Console.WriteLine(DateTime.Now);

42. 関数を抜けてる！
private sealed struct AsyncTestStateMachine : IAsyncStateMachine {
public int state;
public AsyncVoidMethodBuilder builder;
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private void MoveNext() {
int num = state;
try {
TaskAwaiter awaiter;
if (num != 0) {
Console.WriteLine(DateTime.Now);
awaiter = Task.Delay(5000).GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted) {
num = state = 0;
taskAwaiter = awaiter;
AsyncTestStateMachine stateMachine = this;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, AsyncTestStateMachine>(ref
awaiter, ref stateMachine);
return;
}
} else {
awaiter = taskAwaiter;
taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
num = state = -1;
}
awaiter.GetResult();
Console.WriteLine(DateTime.Now);
}
catch (Exception exception)
{
state = -2;
builder.SetException(exception);
return;
}
state = -2;
builder.SetResult();
}
}
return;

43. 問題です

44. Task.Delayの前後の実行スレッドは？
static void Main(string[] args) {
AsyncTest();
Console.ReadLine();
}
static async void AsyncTest() {
// 前
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
await Task.Delay(5000);
// 後
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

45. 違う

46. 同じコードをUnityで実行すると？
async void Start () {
// 前
Debug.Log(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
await Task.Delay(5000);
// 後
Debug.Log(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

47. 同じ！

48. SynchronizationContextが
await後のコードを実行するスレッドを決める
CLIアプリケーションには
SynchronizationContextが存在しないため
自動的にスレッドプール上で実行される

49. UnityにはUnityの
SynchronizationContextの実装がある
参考: https://github.com/Unity-Technologies/UnityCsReference/blob/
83cceb769a97e24025616acc7503e9c21891f0f1/Runtime/Export/
UnitySynchronizationContext.cs

50. もともとUnityには
非同期処理のための仕組みがあります

51. コルーチン
• C# 2.0の反復子(yield)を利用した継続処理の仕組み
• 様々なタイミングを待つことができる(Unity側の仕組みによる)
• フレームの終わり
• FixedUpdate
• 指定した秒数後(の最初のフレーム)
• その他非同期処理(AsyncOperation)
• 戻り値を返しにくい

52. コルーチンの例
IEnumerator Coroutine() {
// 前
Debug.Log(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
yield return new WaitForSeconds(0.5f);
// 後
Debug.Log(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

53. 逆コンパイルしてみよう
private IEnumerator Coroutine() {
return new <Coroutine>c__Iterator1();
}
private sealed class <Coroutine>c__Iterator1 : IEnumerator, IDisposable, IEnumerator<object> {
internal object $current;
internal bool $disposing;
internal int $PC;
object IEnumerator<object>.Current {
[DebuggerHidden]
get
{
return $current;
}
}
object IEnumerator.Current {
[DebuggerHidden]
get
{
return $current;
}
}
public <Coroutine>c__Iterator1() {
}
public bool MoveNext() {
//IL_003c: Unknown result type (might be due to invalid IL or missing references)
//IL_0041: Expected O, but got Unknown
uint num = (uint)$PC;
$PC = -1;
switch (num) {
case 0u:
Debug.Log((object)Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
$current = (object)new WaitForSeconds(0.5f);
if (!$disposing) {
$PC = 1;
}
return true;
case 1u:
Debug.Log((object)Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
$PC = -1;
break;
}
return false;
}
public void Dispose() {
$disposing = true;
$PC = -1;
}
public void Reset() {
throw new NotSupportedException();
}
}

54. C# Job System
• 2018.1の新機能
• クラスが使えない
• Burstコンパイラーによる最適化の恩恵を受けられる
• 処理はUnityのワーカースレッドで実行される

55. awaitできるのはTaskだけではない

56. TaskをawaitするのがTaskAwaiter
Awaiterを作ればTaskでなくてもawaitできる

57. awaitしたいクラスにGetAwaiter拡張メソッドを実装する
public static class AsyncOperationAwaitable {
public static Awaiter GetAwaiter(this AsyncOperation asyncOperation) {
return new Awaiter(asyncOperation);
}
public class AsyncOperationAwaiter : INotifyCompletion {
private AsyncOperation asyncOperation;
private System.Action continuation;
public AsyncOperationAwaiter(AsyncOperation asyncOperation) {
this.asyncOperation = asyncOperation;
CoroutineDispatcher.Get().DispatchCoroutine(WrappedCoroutine());
}
public bool IsCompleted {
get { return asyncOperation.isDone; }
}
public void OnCompleted(System.Action continuation) {
this.continuation = continuation;
}
public void GetResult() {
}
public IEnumerator WrappedCoroutine() {
yield return asyncOperation;
continuation();
}
}
}
• サンプルです。そのまま使わないでください。

58. サンプル: HTTPリクエストして
レスポンスのJSONをパースする

59. コルーチンで書く
IEnumerator Coroutine() {
UnityWebRequest request = UnityWebRequest.Get("https://api.etherscan.io/api?
module=proxy&action=eth_getBlockByNumber&tag=0x517df3&boolean=true&apikey=YourApiKeyToken");
yield return request.SendWebRequest();
var text = request.downloadHandler.text;
var data = (JObject)JsonConvert.DeserializeObject(text);
var result = (JObject)data["result"];
var transactions = (JArray)result["transactions"];
Debug.Log(transactions.Count);
}
非同期
同期

61. Task + async/awaitを使って書く
async Task Async() {
UnityWebRequest request = UnityWebRequest.Get("https://api.etherscan.io/api?
module=proxy&action=eth_getBlockByNumber&tag=0x517df3&boolean=true&apikey=YourApiKeyToken");
await request.SendWebRequest();
var text = request.downloadHandler.text;
await Task.Run(() => {
var data = (JObject)JsonConvert.DeserializeObject(text);
var result = (JObject)data["result"];
var transactions = (JArray)result["transactions"];
Debug.Log(JsonConvert.DeserializeObject(text));
});
}
非同期
非同期

63. JSONパース処理(45ms)分が
非同期(メインスレッド外)で行われるように

64. 実はUnityのプロファイラーには
Profiler.BeginThreadProfilingしたスレッドしか
表示されない

65. スレッドプールのスレッドごとに
Profiler.BeginThreadProfilingを呼ぶ
TaskSchedulerを作ればよい
参考: https://github.com/tnayuki/Unity-AsyncAwait/blob/master/Assets/
UnityTaskScheduler.cs
※ 参照実装です。そのまま使わないでください。

66. まとめ
• async/awaitは非同期処理を待つための仕組み
• 仕組みがわからない時は逆コンパイルしよう(ライセンスには気をつけよう)
• コルーチン/C# Job Systemと使い分けよう
• Task.Runに回した処理は通常はUnityのプロファイラーから見えないので注意

67. 「async/await完全に理解した」

68. Thank you!
ご静聴ありがとうございました