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ASP.NET MVC の非同期プログラミング

by WebSurfer 4. October 2020 15:50

ASP.NET MVC アプリで async / await を利用した非同期プログラミングで (1) 使用されるスレッドがどのようになるか、(2) Task.Result などを使った同期コードと非同期コードを混在させるとデッドロックは起きるのか、(3) ConfigureAwait メソッドでデッドロックは回避できるのかについて書きます。(.NET Framework アプリの話です。CORE は未確認)

ASP.NET MVC の非同期プログラミング

ちなみに ASP.NET Web Forms アプリ用の HTTP ハンドラで async / await を使って非同期呼び出しをする話は先の記事「非同期 HTTP ハンドラ (2)」に書きましたので興味があればそちらを見てください。

(1) 使用されるスレッド

ASP.NET で非同期プログラミングを行う目的はスレッドプールにある限られた数のスレッドを有効利用しスループットを向上するためです。そこが UI の応答性の向上を目的としている Windows Forms のような GUI アプリと違うところです。

ASP.NET アプリでは Web サーバーがクライアントから要求を受けるとスレッドプールからスレッドを確保して要求を処置します。非同期操作をしなければ、要求を受けてから応答を返すまで最初に確保したスレッドを保持し続けます。

Web アプリでは、外部のデータベースや Web API などにアクセスしてデータを取得するということが多いと思いますが、それに時間がかかる場合は一旦使っていたスレッドはスレッドプールに戻し、データ取得後の処理はスレッドプールから新たにスレッドを取得して行うようにすればスレッドプールのスレッドの有効利用が可能です。

そのあたりの詳細は Microsoft のドキュメント「ASP.NET の非同期/待機の概要」に図解入りで説明されているので見てください。

非同期プログラミングを行うと await 前後で実際にスレッドは違うのかを ASP.NET MVC アプリで試した結果が上の画像です。そのコードは以下の通りです。

public async Task<ActionResult> AsyncTest()
{
    ViewBag.Id1 = "開始時, ID=" + 
                  Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    ViewBag.Id2 = await TimeCosumingMethod();

    ViewBag.Id3 = "終了時, ID=" + 
                  Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    return View();
}

private async Task<string> TimeCosumingMethod()
{
    int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    await Task.Delay(3000);

    return "TimeCosumingMethod の戻り値, ID(IN)=" + id + 
           " / ID(OUT)=" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
}

上の画像の ID の数字 (ManagedThreadId) を見てください。TimeCosumingMethod メソッドの await 前後で ManagedThreadId が 6 から 7 に変わっています。ちなみに、Windows Forms のような GUI アプリでは await 前後いずれも UI スレッドになり ManagedThreadId は変わりません。

ASP.NET でも await で待機するときに現在のコンテキストがキャプチャされ、await 完了後はキャプチャしたコンテキストで続きの処理が行われるのは GUI アプリと同様だそうですが、await 前後で同じになるようにしているのはスレッドではなく HttpContext だそうです。それは仕組み上当たり前&そうせざるを得ないと思います。

(2) Task.Result でデッドロック

先の記事「await と Task.Result によるデッドロック」で書いたような Task.Result を使った同期コードと非同期コードを混在させるとデッドロックは起きるでしょうか?

その記事にも少し書きましたが、上のコードの await TimeCosumingMethod() を TimeCosumingMethod().Result に代えるとデッドロックは起きます。そのメカニズムは以下のようなことであろうと思います。

まず、TimeCosumingMethod().Result で 1 つの同期ブロックが待機中となる。呼び出された TimeCosumingMethod メソッドの await で待機する際にキャプチャされた「現在のコンテキスト」で await 完了後の同期処理を実行しようとする。しかし「現在のコンテキスト」では一度に実行するコードは 1 つのチャンクに限定されている。なので、Result プロパティでの待機が終わるまで await 完了後の同期処理は実行できない。結果デッドロックになる。

(3) ConfigureAwait でデッドロック回避

先の記事「ConfigureAwait によるデッドロックの回避」で書いたように、await 完了後の同期処理を実行するのに、await で待機する際にキャプチャした「現在のコンテキスト」ではなく、別のコンテキストで行えばデッドロックにはなりません。

ConfigureAwait メソッドの使用

以下のコードのように ConfigureAwait(false) を追加することにより、await 完了後の残り処理は、キャプチャしたコンテキストではなく、スレッドプールのコンテキストで処理されるのでデッドロックは回避でき、上の画像のとおり実行が完了します。

public async Task<ActionResult> AsyncTest()
{
    ViewBag.Id1 = "開始時, ID=" + 
                  Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    ViewBag.Id2 = TimeCosumingMethod().Result;

    ViewBag.Id3 = "終了時, ID=" + 
                  Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    return View();
}

private async Task<string> TimeCosumingMethod()
{
    int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    // ConfigureAwait(false) を追加するとデッドロックは回避できる
    await Task.Delay(3000).
        ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false);

    return "TimeCosumingMethod の戻り値, ID(IN)=" + id + 
           " / ID(OUT)=" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
}

ただし、スレッドは await 前後で同じになります。ということは、要求を受けた時に確保したスレッドを応答を返すまでずっと使い続けていたということで、スレッドの有効利用という ASP.NET の非同期の目的は果たせてないようです。

await 前後でスレッドが異なる場合は、await 前にキャプチャしたコンテキストを await 後でも使わないと HttpContext が渡せないが、continueOnCapturedContext: false ではそれができないので同じスレッドを使い続けざるを得ないということではないかと思います。

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2010年5月にこのブログを立ち上げました。その後 ブログ2 を追加し、ここは ASP.NET 関係のトピックス、ブログ2はそれ以外のトピックスに分けました。

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