J & J - 정성태의 닷넷 이야기

사용자

메뉴

최근 덧글

[정성태] 그냥 RSS Reader 기능과 약간의 UI 편의성 때문에 사용...[이종효] 오래된 소프트웨어는 보안 위협이 되기도 합니다. 혹시 어떤 기능...[정성태] @Keystroke IEEE의 문서를 소개해 주시다니... +_...[손민수 (Keystroke)] 괜히 듀얼채널 구성할 때 한번에 같은 제품 사라고 하는 것이 아...[정성태] 전각(Full-width)/반각(Half-width) 기능을 토...[정성태] Vector에 대한 내용은 없습니다. Vector가 닷넷 BCL...[orion] 글 읽고 찾아보니 디자인 타임에는 InitializeCompon...[orion] 연휴 전에 재현 프로젝트 올리자 생각해 놓고 여의치 않아서 못 ...[정성태] 아래의 글에 정리했으니 참고하세요. C# - Typed D...[정성태] 간단한 재현 프로젝트라도 있을까요? 저런 식으로 설명만 해...

글쓰기

제목

이름

암호

전자우편

HTML

홈페이지

유형

내용

<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>C# 컴파일러 대신 직접 구현하는 비동기(async/await) 코드</h1>

C# async/await 코드가 참 마법 같습니다. 단지 예약어 하나 썼을 뿐인데 어떻게 그걸 비동기로 처리해 주는지 신기할 따름인데요. 그저 그 신기함을 누리며 사용하는 것도 좋겠지만, 왠지 C# 컴파일러가 추상화한 부분을 걷어내고 싶어졌습니다. 혹시나 C# async/await 내부 동작을 이해하고 싶은 분들이 계시다면 이 글이 도움이 될 듯합니다. (또는, 수많은 소스코드 파일을 빌드하느라 힘에 겨운 C# 컴파일러의 일을 덜어주고 싶은, 착한 마음씨를 가진 개발자분들을 위해서도! ^^) 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
우선 다음과 같은 예제 코드를 보겠습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        // C# 7.1 async Main
        static async Task Main(string[] args)
        {
            Program pg = new Program();

await pg.CallAsync();
 }

private async Task CallAsync()
 {
 string title = DateTime.Now.ToString();
 string text = await GetFileContents();
 Console.WriteLine(title + ": " + text);
 }

private async Task&lt;string&gt; GetFileContents()
 {
 return await new TaskFactory().StartNew(() =&gt; { return "test"; });
 }
 }
}
</pre>
 
보는 바와 같이 async/await을 사용한 전형적인 비동기 함수 호출인데요. 실행하면 다음과 같은 식의 결과가 출력됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
2017-11-07 오후 9:05:15: test
</pre>
 
<a name='gen_src'></a>
자, 그럼 이 부분에서 GetFileContents 비동기 함수를 C# 컴파일러가 아닌 우리가 직접 비동기 처리로 바꿔보겠습니다. 방법은 사실 매우 쉽습니다. .NET Reflector와 같은 역어셈블러를 이용해 GetFileContents를 어떻게 바꿨는지 살펴보면 됩니다. 다음은 실제로 C# 컴파일러가 비동기 처리를 위해 만든 내부 클래스입니다. 
 
<pre style='height: 400px; margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[CompilerGenerated]
private sealed class &lt;GetFileContents&gt;d__2 : IAsyncStateMachine
{
 // Fields
 public int &lt;&gt;1__state;
 public Program &lt;&gt;4__this;
 private string &lt;&gt;s__3;
 public AsyncTaskMethodBuilder&lt;string&gt; &lt;&gt;t__builder;
 private TaskAwaiter&lt;string&gt; &lt;&gt;u__1;
 private Task&lt;string&gt; &lt;getStringTask&gt;5__1;
 private string &lt;urlContents&gt;5__2;

// Methods
    private void MoveNext()
    {
        string str;
        int num = this.&lt;&gt;1__state;
        try
        {
            TaskAwaiter&lt;string&gt; awaiter;
            if (num != 0)
            {
                this.&lt;getStringTask&gt;5__1 = new TaskFactory().StartNew&lt;string&gt;(Program.&lt;&gt;c.&lt;&gt;9__2_0 ?? (Program.&lt;&gt;c.&lt;&gt;9__2_0 = new Func&lt;string&gt;(Program.&lt;&gt;c.&lt;&gt;9.&lt;GetFileContents&gt;b__2_0)));
                awaiter = this.&lt;getStringTask&gt;5__1.GetAwaiter();
                if (!awaiter.IsCompleted)
                {
                    this.&lt;&gt;1__state = num = 0;
                    this.&lt;&gt;u__1 = awaiter;
                    Program.&lt;GetFileContents&gt;d__2 stateMachine = this;
                    this.&lt;&gt;t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted&lt;TaskAwaiter&lt;string&gt;, Program.&lt;GetFileContents&gt;d__2&gt;(ref awaiter, ref stateMachine);
                    return;
                }
            }
            else
            {
                awaiter = this.&lt;&gt;u__1;
                this.&lt;&gt;u__1 = new TaskAwaiter&lt;string&gt;();
                this.&lt;&gt;1__state = num = -1;
            }
            this.&lt;&gt;s__3 = awaiter.GetResult();
            this.&lt;urlContents&gt;5__2 = this.&lt;&gt;s__3;
            this.&lt;&gt;s__3 = null;
            str = this.&lt;urlContents&gt;5__2;
        }
        catch (Exception exception)
        {
            this.&lt;&gt;1__state = -2;
            this.&lt;&gt;t__builder.SetException(exception);
            return;
        }
        this.&lt;&gt;1__state = -2;
        this.&lt;&gt;t__builder.SetResult(str);
    }

[DebuggerHidden]
 private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
 {
 }
}
</pre>
 
위의 소스코드는 지저분하니, 다듬어서 재작성해보겠습니다. 
 
GetFileContents 메서드는 단 한 줄로 작성되어 있지만 다음과 같이 나눠볼 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
private async Task&lt;string&gt; GetFileContents()
{
 Task&lt;string&gt; getStringTask = new TaskFactory().StartNew(() =&gt; { return "test"; });

string urlContents = await getStringTask;
 return urlContents;
}
</pre>
 
C# 컴파일러는 위와 같은 async 메서드를 만나면 다음과 같이 2가지 단계로 분할합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[Part A - 현재 스레드에서 실행할 코드]

Task&lt;string&gt; getStringTask = new TaskFactory().StartNew(() =&gt; { return "test"; });
</pre>
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[Part B - 별도의 스레드에서 실행할 코드]

string urlContents = [getStringTask 작업의 반환값];
 return urlContents;
</pre>
 
그리고 저 코드들을 나눠 담을 IAsyncStateMachine 인터페이스를 상속한 별도의 내부 클래스를 정의합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
/*

public interface IAsyncStateMachine
{
    void MoveNext();
    void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine);
}

class GetFileContents_StateMachine : IAsyncStateMachine
{
 // ... [생략]...
}
</pre>
 
GetFileContents_StateMachine 타입에는 내부 필드를 다음과 같은 식으로 포함하고 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// [async 동작을 위한 필드 3개]
public int _state;
public AsyncTaskMethodBuilder<string> _builder;
TaskAwaiter&lt;string&gt; _awaiter;

// [async 메서드를 구현하고 있는 클래스의 this 보관 필드]
public Program _this;

// [async 메서드의 반환값을 임시 보관하는 필드]
string _result;

// [async 메서드의 반환값을 보관하는 필드]
string _urlContents;

// [Part A 코드의 변수들]
Task&lt;string&gt; _getStringTask;
</pre>
 
이런 내부 필드 중에서 public 필드의 경우에는 C# 컴파일러가 async 메서드를 일반 메서드로 바꾸는 과정에서 다음과 같은 초기화를 해줍니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
private Task&lt;string&gt; GetFileContents()
{
 GetFileContents_StateMachine stateMachine = new GetFileContents_StateMachine
 {
 _this = this,
 _builder = AsyncTaskMethodBuilder&lt;string&gt;.Create(),
 _state = -1,
 };

stateMachine._builder.Start(ref stateMachine);
 return stateMachine._builder.Task as Task&lt;string&gt;;
}
</pre>
 
보는 바와 같이 C# 컴파일러는 async 메서드를 일반 메서드로 바꾸면서 내부 동작을 GetFileContents_StateMachine 타입 내에 넣어두고는 stateMachine._builder.Start 메서드를 호출하는 걸로 마무리를 합니다. 
 
여기서 _builder.Start는 비동기 호출이 아닙니다. 현재 스레드에서 시작하는 동기 호출에 불과합니다. AsyncTaskMethodBuilder 타입의 _builder 인스턴스는 Start 메서드 내에서 인자로 들어온 stateMachine의 MoveNext 메서드를 실행하는데, 이 때문에 Part A로 분리한 코드들은 이때 실행이 되도록 MoveNext가 구성되어 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
 string str;
 int num = this._state;

try
 {
 TaskAwaiter&lt;string&gt; awaiter;
 // 원래는 if 문이지만 명확한 분리를 위해 switch로 바꿨습니다.
 switch (num)
 {
 case 0:
 // ...[생략]...
 break;

default:
 this._getStringTask = new TaskFactory().StartNew(() =&gt; { return "test"; });
 awaiter = this._getStringTask.GetAwaiter();
 if (awaiter.IsCompleted == false)
 {
 this._state = num = 0;
 this._awaiter = awaiter;
 GetFileContents_StateMachine stateMachine = this;
 this._builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
 return;
 }
 break;
 }

// ...[생략]...
    }
    catch (Exception e)
    {
        // ...[생략]...
        return;
    }

// ...[생략]...
}
</pre>
 
C# 컴파일러가 GetFileContents 메서드를 async에서 일반 메서드로 변경하는 중에 _state 필드를 -1로 초기화했기 때문에 위의 MoveNext 메서드는 동기적으로 default 영역의 코드를 실행하게 됩니다. 
 
보는 바와 같이 Part A로 분리되었던 영역의 코드가 default 영역에 추가되어 있고 await 코드의 대상이었던 _getStringTask에 대해 GetAwaiter()를 호출해 TaskAwaiter를 보관한 다음 해당 Task가 금방 끝나서 IsCompleted == true가 되면 더 이상 동작을 하지 않고 MoveNext를 반환합니다. 즉, 이런 경우에는 단순히 동기 메서드 호출한 것과 다를 바가 없습니다. 
 
반면, 대개의 경우 awaiter.IsCompleted == false로 나오는데, 그럴 때는 다시 _builder.AwaitUnsafeOnCompleted 메서드를 호출해 작업이 완료된 경우의 알림을 등록합니다. 결국 stateMachine 객체의 MoveNext를 다시 호출하도록 만들고는 동기 호출을 마무리합니다. 그리고 이때의 _state 값은 0으로 설정했기 때문에 다음번 MoveNext가 호출될 때는 switch의 case 0 영역의 코드가 실행됩니다. 
 
그래서 Task의 작업이 완료되었을 때 실행되는 MoveNext의 _state == 0으로 실행할 코드에는 C# 컴파일러가 분리한 Part B 영역의 코드를 포함하게 됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
 string str;
 int num = this._state;

try
 {
 TaskAwaiter&lt;string&gt; awaiter;
 switch (num)
 {
 case 0: // 작업 완료 후 실행되는 코드
 awaiter = this._awaiter;
 this._awaiter = new TaskAwaiter&lt;string&gt;();
 this._state = num = -1;
 break;

default:
                // ...[생략]...
                return;
        }

this._result = awaiter.GetResult();
 this._urlContents = this._result; // Part B의 코드
 this._result = null;

str = this._urlContents;
    }
    catch (Exception e)
    {
        this._state = -2;
        this._builder.SetException(e);
        return;
    }

this._state = -2;
 this._builder.SetResult(str);
}
</pre>
 
이렇게 만들어두고 실행해 보면, C# 컴파일러가 제공했던 async/await 치환 코드와 정확히 동일한 결과를 얻게 됩니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
하는 김에 CallAsync 메서드도 바꿔 볼까요? ^^ 
 
이것도 메서드를 다음과 같이 2부분으로 나눌 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[Part A - 현재 스레드에서 실행할 코드]

string title = DateTime.Now.ToString();
 [Task 객체 반환 = ]GetFileContents();
</pre>
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[Part B - 별도의 스레드에서 실행할 코드]

string text = [GetFileContents 메서드의 반환값];
 Console.WriteLine(title + ": " + text);
</pre>
 
마찬가지로 Part A, B 영역의 처리에 필요한 변수와 StateMachine 구현을 위한 필드를 가진 타입을 정의하고, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
class CallAsync_StateMachine : IAsyncStateMachine
{
 public int _state;
 public AsyncTaskMethodBuilder _builder;
 TaskAwaiter&lt;string&gt; _awaiter;

public Program _this;

string _result;

// 반환값
    string _text;

// Part A 코드의 지역 변수
    string _title;

//...[생략]...
}
</pre>
 
마지막으로 Part A, B의 코드를 나눠서 실행할 MoveNext 메서드를 다음과 같이 구현해 주면 끝입니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
 int num = this._state;

try
    {
        TaskAwaiter&lt;string&gt; awaiter;
        switch (num)
        {
            case 0: // 작업 완료 후 Task 스레드에서 실행
                awaiter = this._awaiter;
                this._awaiter = new TaskAwaiter&lt;string&gt;();
                this._state = num = -1;
                break;

default: // 동기적으로 실행될 코드 - Part A 코드를 포함
                this._title = DateTime.Now.ToString();

awaiter = _this.GetFileContents().GetAwaiter();
 if (awaiter.IsCompleted == false)
 {
 this._state = num = 0;
 this._awaiter = awaiter;
 CallAsync_StateMachine stateMachine = this;
 this._builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
 return;
 }
 break;
 }

// 작업 완료 후 Task 스레드에서 실행 - Part B 코드를 포함
 this._result = awaiter.GetResult();
 this._text = this._result;
 this._result = null;
 Console.WriteLine(this._title + ": " + this._text);
 }
 catch (Exception e)
 {
 this._state = -2;
 this._builder.SetException(e);
 return;
 }

this._state = -2;
 this._builder.SetResult();
}
</pre>
 
이것으로 완벽하게 C# 컴파일러가 대신 만들어 주었던 코드와 일치하므로 실행해 보면 정상적으로 다음과 같은 식의 결과를 볼 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
2017-11-07 오후 9:05:15: test
</pre>
 
이렇게 풀어놓고 보니까... C# async/await 코드가 그다지 신기하지 않게 보입니다. ^^ 
 
(<a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/bbs/DownloadAttachment.aspx?fid=1178&amp;boardid=331301885'>첨부 파일은 이 글의 모든 예제 코드를 포함</a>합니다.)

<hr />[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

</div>

첨부파일

스팸 방지용 인증 번호

1309 (왼쪽의 숫자를 입력해야 합니다.)