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.NET Framework: 719. Task를 포함하는 async 메서드의 동작 방식 [링크 복사], [링크+제목 복사]
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정성태 (techsharer at outlook.com)
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Task를 포함하는 async 메서드의 동작 방식

이전 글에 이어서,

Task를 포함하지 않는 async 메서드의 동작 방식
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11415

이번에는 예제 코드를 Task가 있는 것으로 넣어 흐름을 살펴보겠습니다. 이를 위해 예제 코드는 다음의 글에서 작성했던 것으로 재활용합니다.

C# 컴파일러 대신 직접 구현하는 비동기(async/await) 코드
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11351

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<string> GetFileContents()
        {
            return await new TaskFactory().StartNew(() => { Thread.Sleep(5000); return "test"; });
        }
    }
}

위의 코드에서 GetFileContents는 async 예약어로 인해 다음과 같은 식으로 코드 구성을 합니다.

private Task GetFileContents()
{
    GetFileContents_StateMachine stateMachine = new GetFileContents_StateMachine
    {
        _this = this,
        _builder = AsyncTaskMethodBuilder<string>.Create(),
        _state = -1,
    };

    stateMachine._builder.Start(ref stateMachine);
    return stateMachine._builder.Task as Task<string>;
}

그리고 stateMachine._builder.Start 호출로 인해 상태 머신의 MoveNext에서 실행되는 첫 코드는 다음과 같습니다.

this._getStringTask = new TaskFactory().StartNew(() => { 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;
}

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<string>.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,

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;
}

CallAsync 상태 머신의 첫 번째 MoveNext 실행 코드는,

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;
}

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.

GetFileContents
    task = TaskFactory().StartNew() 코드 실행
    task가 동작이 끝나면 실행될 MoveNext 코드를 등록
    
    하지만 스스로 상태 머신에서 AsyncTaskMethodBuilder<string>.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

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.




물론 결과적으로 어쨌든 연결된다는 사실이 중요한데 세부적인 것을 알아보면 대충 이렇습니다.

async 메서드는 그것이 호출한 async 메서드로부터 구한 awaiter의 작업이 끝나지 않은 경우 다음 번 작업을 다음과 같이 등록합니다.

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;
}

AwaitUnsafeOnCompleted는 호출한 async 메서드로부터 반환받은 awaiter와 현재 async 메서드의 상태 머신 객체를 인자로 받습니다. 이를 이용해,

[SecuritySafeCritical, __DynamicallyInvokable]
public void AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter, TStateMachine>(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<TResult> builtTask = this.Task;
            this.m_coreState.PostBoxInitialization((TStateMachine) stateMachine, runnerToInitialize, builtTask);
        }
        awaiter.UnsafeOnCompleted(completionAction);
    }
    catch (Exception exception)
    {
        AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync(exception, null);
    }
}

AsyncTaskMethodBuilder의 (struct로 함께 생성되었던) m_coreState 객체가 소유한 델리게이트에 StateMachine의 MoveNext 작업을 담은 후 이것을 awaiter의 Task에 연결합니다.

// 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);
}

그리고 Task에 등록된 델리게이트의 수행은 상태 머신의 MoveNext에서 마지막 SetResult(또는 SetException)을 수행할 때 실행됩니다.




정리해 보면, 전체적으로는 다음과 같은 내부적인 비동기 처리가 연쇄적으로 발생합니다.

[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

[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]...




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 12/22/2017 ]

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