C#の非同期処理

Webアプリやツールの処理時間の多くは、計算ではなく待ち時間です。データベースの応答、外部APIのレスポンス、ファイルの読み込み。この待ち時間の間もスレッドを占有し続けると、同時に処理できる件数が頭打ちになります。

C#の async / await は、この待ち時間にスレッドを解放するための仕組みです。JavaScriptの async / await と書き方はほぼ同じですが、背景にある仕組みは異なります。

基本の書き方

public async Task<string> FetchAsync(string url)
{
    using var client = new HttpClient();
    var response = await client.GetAsync(url);
    return await response.Content.ReadAsStringAsync();
}

csharp

要素	意味
`async`	このメソッドの中で `await` を使う、という宣言
`Task<T>`	「いずれ `T` を返す処理」を表す型
`Task`	「いずれ完了する処理」（戻り値なし）
`await`	完了を待つ。待っている間はスレッドを手放す

Task はJavaScriptの Promise に相当します。「実行中の処理そのもの」を値として扱えるようにしたものです。

C#	JavaScript
`Task<string>`	`Promise<string>`
`await`	`await`
`Task.WhenAll`	`Promise.all`
`Task.WhenAny`	`Promise.race`
`Task.Delay(1000)`	`setTimeout` のPromise版

awaitしている間に何が起きているか

await に到達すると、メソッドはそこで一旦戻り、スレッドは他の仕事に回されます。待っていた処理が終わると、続きから再開されます。同時に多数のリクエストを捌けるのは、この仕組みのおかげです。

学習者

「速くなる」ものだと思っていましたが、1つの処理自体が速くなるわけではないんですね。

その通りです。1件あたりの所要時間は変わりません。変わるのは同時に扱える件数です。待ち時間にスレッドを占有しないため、少ないスレッドで多くのリクエストを処理できます。

連絡待ちのイメージ — 返事を待つあいだ、手を止めずに別の仕事を進めるのが非同期処理です

複数の処理を同時に走らせる

順番に await すると、処理は直列になります。

var a = await FetchAsync(url1);   // 1秒
var b = await FetchAsync(url2);   // さらに1秒 → 合計2秒

csharp

同時に走らせたい場合は、先にTaskを作ってから待ちます。

構文： Task.WhenAll(tasks)

引数	渡せるもの	説明
`tasks`（第1引数）	`Task` の配列 / `IEnumerable<Task>`	完了を待ちたい処理の集まり

戻り値： すべての完了を表す Task。Task<T> を渡した場合は結果の配列（Task<T[]>）

var task1 = FetchAsync(url1);
var task2 = FetchAsync(url2);
 
var results = await Task.WhenAll(task1, task2);  // 合計1秒程度

csharp

非同期処理での例外

await した時点で、中で発生した例外が投げ直されます。try / catch は同期処理と同じように書けます。

try
{
    var text = await FetchAsync(url);
}
catch (HttpRequestException ex)
{
    Console.WriteLine($"取得に失敗: {ex.Message}");
}

csharp

Task.WhenAll で複数のタスクが失敗した場合、await が投げるのは最初の1件です。すべての例外を見たい場合は、タスクの Exception プロパティを確認します。

キャンセルに対応する

時間のかかる処理には、CancellationToken を引数で受け取り、そのまま渡していくのが標準的な作法です。

public async Task<string> FetchAsync(string url, CancellationToken cancellationToken)
{
    using var client = new HttpClient();
    var response = await client.GetAsync(url, cancellationToken);
    return await response.Content.ReadAsStringAsync(cancellationToken);
}

csharp

ASP.NET Coreでは、クライアントが接続を切ったときにこのトークンがキャンセル状態になります。受け取って渡すだけで、無駄な処理を続けずに済みます。

よくあるハマりどころ

`.Result` や `.Wait()` で待つ

var text = FetchAsync(url).Result;  // 危険

csharp

非同期の完了を同期的に待つと、環境によってはデッドロックが発生し、アプリが応答しなくなります。呼び出し元も async にして await するのが原則です。

非同期は「途中から同期に戻す」ことができません。入口から出口まで async で通します。

`async void` を使う

public async void Run()  // 避ける

csharp

async void のメソッドは呼び出し側が完了を待てず、内部で発生した例外も捕捉できません（多くの場合プロセスが落ちます）。イベントハンドラー以外では async Task を使います。

`await` を付け忘れる

SaveAsync(user);   // 警告は出るが、完了を待たずに次へ進む

csharp

処理が終わる前にメソッドを抜けてしまい、「保存されていないのにエラーも出ない」という状況になります。警告を無視しないことが対策です。

CPUを使う処理を非同期にすれば速くなると考える

async / await が効くのは、待ち時間があるI/O処理です。計算そのものを速くしたい場合は、Task.Run で別スレッドに逃がす、あるいは並列処理（Parallel.ForEach）を検討します。

先生

「待つ処理」は async、「計算する処理」は並列化。この区別ができていれば大きく外さないよ。

同期版と非同期版を混ぜる

File.ReadAllText と File.ReadAllTextAsync のように、多くのAPIには両方の版があります。非同期のメソッドの中では、非同期版を使い切ってください。

ちゃんと使うためのポイント

Task はJavaScriptの Promise にあたる「実行中の処理」を表す型
await している間はスレッドが解放され、同時処理数が増える
同時に走らせたいときは先にTaskを作り、Task.WhenAll で待つ
.Result / .Wait() / async void は避ける
時間のかかる処理は CancellationToken を受け取り、そのまま渡す
非同期が効くのはI/O待ち。計算の高速化は別の手段を使う

次の章では、Task<T> や List<T> の <T> の正体であるジェネリクスを扱います。ここまで何度も出てきた記法を、自分で書けるようにします。

参考リンク

Microsoft Learn — 非同期プログラミング

C#の非同期処理 — async/awaitとTaskの仕組み