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<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>Task를 포함하는 async 메서드의 동작 방식</h1>

이전 글에 이어서, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Task를 포함하지 않는 async 메서드의 동작 방식
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11415'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11415</a>
</pre>
 
이번에는 예제 코드를 Task가 있는 것으로 넣어 흐름을 살펴보겠습니다. 이를 위해 예제 코드는 다음의 글에서 작성했던 것으로 재활용합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
C# 컴파일러 대신 직접 구현하는 비동기(async/await) 코드
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11351'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11351</a>
</pre>
 
<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; { Thread.Sleep(5000); return "test"; });
 }
 }
}
</pre>
 
위의 코드에서 GetFileContents는 async 예약어로 인해 다음과 같은 식으로 코드 구성을 합니다. 
 
<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>
 
그리고 stateMachine._builder.Start 호출로 인해 상태 머신의 MoveNext에서 실행되는 첫 코드는 다음과 같습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
this._getStringTask = new TaskFactory().StartNew(() =&gt; { Thread.Sleep(5000); 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;
}
</pre>
 
사실 이번 글을 쓰기 전까지는, 저 위의 this._getStringTask가 GetFileContents의 마지막에 반환하는 stateMachine._builder.Task일 거라고 생각했었습니다. 그런데, 실제로 해보면 저 2개의 Task는 같지 않습니다. 
 
다시 말해, stateMachine._builder.Task는 GetFileContents 메서드가 async로 바뀌는 바람에 내부에 생성되었던 상태 머신의 AsyncTaskMethodBuilder&lt;string&gt;.Create()로 생성되었던 Task인 반면, this._getStringTask는 그냥 await 예약어의 대상이 되는 메서드가 반환한 Task를 그대로 유지합니다. 
 
동일한 규칙이 GetFileContents를 호출하는 CallAsync에도 적용됩니다. CallAsync는 다음과 같이 상태 머신을 생성하는 코드로 바뀌고, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
private Task CallAsync()
{
 CallAsync_StateMachine stateMachine = new CallAsync_StateMachine
 {
 _this = this,
 _builder = AsyncTaskMethodBuilder.Create(),
 _state = -1,
 };

stateMachine._builder.Start(ref stateMachine);
 return stateMachine._builder.Task;
}
</pre>
 
CallAsync 상태 머신의 첫 번째 MoveNext 실행 코드는, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
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;
}
</pre>
 
GetFileContents() 내에서 TaskFactory().StartNew()로 생성되었던 Task가 아닌, GetFileContents 스스로 생성한 Task 객체의 Awaiter를 받아 비동기를 연결합니다. 
 
정리해 보면, 다음과 같은 식으로 Task 객체가 연결됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
GetFileContents
 task = TaskFactory().StartNew() 코드 실행
 task가 동작이 끝나면 실행될 MoveNext 코드를 등록
 
 하지만 스스로 상태 머신에서 AsyncTaskMethodBuilder&lt;string&gt;.Create()로 생성한 Task를 반환

CallAsync
    GetFileContents가 스스로 생성한 Task를 구하고,
    그 Task의 동작이 끝나면 실행될 MoveNext 코드를 등록

하지만 스스로 상태 머신에서 AsyncTaskMethodBuilder.Create()로 생성한 Task를 반환
</pre>
 
즉, 스레드를 소유한 Task가 호출 스택을 타고 전달되는 것이 아니라, 각각의 async 메서드마다 스스로 생성한 Task 객체를 상위에 전달하고 있었던 것인데... 보면서 어떻게 이것이 비동기 동작을 하는지 이해가 안 되었습니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
물론 결과적으로 어쨌든 연결된다는 사실이 중요한데 세부적인 것을 알아보면 대충 이렇습니다. 
 
async 메서드는 그것이 호출한 async 메서드로부터 구한 awaiter의 작업이 끝나지 않은 경우 다음번 작업을 다음과 같이 등록합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
awaiter = this.YourAsyncMethod().GetAwaiter();
if (awaiter.IsCompleted == false)
{
 this._state = num = 0;
 this._awaiter = awaiter;
 GetFileContents_StateMachine stateMachine = this;
 this._builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
 return;
}
</pre>
 
AwaitUnsafeOnCompleted는 호출한 async 메서드로부터 반환받은 awaiter와 현재 async 메서드의 상태 머신 객체를 인자로 받습니다. 이를 이용해, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[SecuritySafeCritical, __DynamicallyInvokable]
public void AwaitUnsafeOnCompleted&lt;TAwaiter, TStateMachine&gt;(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine) where TAwaiter: ICriticalNotifyCompletion where TStateMachine: IAsyncStateMachine
{
 try
 {
 AsyncMethodBuilderCore.MoveNextRunner runnerToInitialize = null;
 Action completionAction = this.m_coreState.GetCompletionAction(AsyncCausalityTracer.LoggingOn ? this.Task : null, ref runnerToInitialize);
 if (this.m_coreState.m_stateMachine == null)
 {
 Task&lt;TResult&gt; builtTask = this.Task;
 this.m_coreState.PostBoxInitialization((TStateMachine) stateMachine, runnerToInitialize, builtTask);
 }
 awaiter.UnsafeOnCompleted(completionAction);
 }
 catch (Exception exception)
 {
 AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync(exception, null);
 }
}
</pre>
 
AsyncTaskMethodBuilder의 <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11416'>(struct로 함께 생성되었던) m_coreState 객체</a>가 소유한 델리게이트에 StateMachine의 MoveNext 작업을 담은 후 이것을 awaiter의 Task에 연결합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter

[SecurityCritical, __DynamicallyInvokable]
public void UnsafeOnCompleted(Action continuation)
{
    OnCompletedInternal(this.m_task, continuation, true, false);
}

[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining), SecurityCritical]
internal static void OnCompletedInternal(Task task, Action continuation, bool continueOnCapturedContext, bool flowExecutionContext)
{
 if (continuation == null)
 {
 throw new ArgumentNullException("continuation");
 }
 StackCrawlMark lookForMyCaller = StackCrawlMark.LookForMyCaller;
 if (TplEtwProvider.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)
 {
 continuation = OutputWaitEtwEvents(task, continuation);
 }
 task.SetContinuationForAwait(continuation, continueOnCapturedContext, flowExecutionContext, ref lookForMyCaller);
}
</pre>
 
그리고 Task에 등록된 델리게이트의 수행은 상태 머신의 MoveNext에서 마지막 SetResult(또는 SetException)을 수행할 때 실행됩니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
정리해 보면, 전체적으로는 다음과 같은 내부적인 비동기 처리가 연쇄적으로 발생합니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[async/await 코드 실행 시]

GetFileContents
    Task task = TaskFactory().StartNew 수행
    if (task 수행 완료)
    {
        GetFileContents의 두 번째 MoveNext가 실행될 때의 코드를 동기로 실행
        GetFileContents.Task 역시 수행 완료로 표시
    }
    else
    {
        task에 GetFileContents의 MoveNext를 등록
    }
    GetFileContents.Task 반환

CallAsync
 Task task = GetFileContents가 생성한 Task
 if (task 수행 완료)
 {
 CallAsync의 두 번째 MoveNext가 실행될 때의 코드를 동기로 실행
 CallAsync.Task 역시 수행 완료로 표시
 }
 else
 {
 task에 CallAsync의 MoveNext를 등록
 }
 CallAsync.Task 반환
</pre>
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[StartNew 수행이 완료된 후]
 StartNew Task의 스레드에서 GetFileContents가 등록한 MoveNext를 수행
 GetFileContents.MoveNext 내에서 SetResult 수행
 SetResult 내에서 GetFileContents.Task에 CallAsync가 등록한 MoveNext를 수행
 CallAsync.MoveNext 내에서 SetResult 수행
 ...[반복]...
</pre>

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</div>

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