Polyphonic C# - 匣の向こう側

Polyphonic C#とはなんぞや、という人もいるかも知れませんが、ちょっと前に話題になったCωの一部となった非同期処理に関するプロジェクトです。詳しくはサイトを見ていただくとして、実は、Nemerleでも同様の機能をライブラリとしてサポートしていたりします。Polyphonic C#の紹介ついでに解説してみようかと思います。
ぶっちゃけ、Polyphonic C#だと何が嬉しいのか？

非同期処理(マルチスレッド)を分かりやすく書くことが出来ます。非同期処理で何が問題になるというと状態管理ですが、通常は変数を用いて状態管理を行います。しかし、Polyphonic C#はchordと呼ばれるメソッドを使って状態管理するところが、特徴的だと言えます。メソッドで状態管理とは何のこっちゃ？かもしれませんが、しばらくお付き合いください。

良くある例として、２つのスレッドの一方が書き込んで、もう一方が読み込むという処理を考えてみます。データの状態は値がある/ないの２つを取るとします。書き込む側は値が「ない」時にしか書き込めません。読み込む側は値が「ある」時にしか読み込めません。

さて、実装ですが、まず、状態を表すメソッドを用意します。

Empty () : 値がない
Contains (s : string) : 値がある

また、このデータへの操作として、

Put (s : string) : 値の設定
Get () : 値の取得

このようなメソッドを用意することにしましょう。

PutとGetはいつでも使えるわけではなく、PutはEmpty状態の場合のみ呼びだせ、状態をContainsに遷移させます。一方、GetはContains状態の場合のみ呼び出せ、状態をEmptyに遷移させます。Nemerleで実装すると以下のようになります。

public class OnePlaceBuffer {
    public this () {
        Empty ();
    }

    [ChordMember]
    Empty () : void;

    [ChordMember]
    Contains (s : string) : void;

    public Put (s : string) : void chord {
        | Empty => Contains (s);
    }

    public Get () : string chord {
        | Contains => Empty (); s;
    }
}

ソースコードを見ていきましょう。まず、コンストラクタ(this)で状態をEmptyにしています。Empty、Containsメソッドは状態を表すために使うのでChordMember属性を付け、実装は行いません。Putにはchordブロックがあり、そこでEmpty状態を待ちます。もし、Empty状態でない場合、このメソッドはブロックされます。Getも同様にContains状態になるのを待ちます。

では、このクラスを使ったサンプルコードを見てみましょう。

using System;
using System.Threading;
using Nemerle.Concurrency;

public class OnePlaceBuffer {
    public this () {
        Empty ();
    }

    [ChordMember]
    Empty () : void;

    [ChordMember]
    Contains (s : string) : void;

    public Put (s : string) : void chord {
        | Empty => Contains (s);
    }

    public Get () : string chord {
        | Contains => Empty (); s;
    }
}

def b = OnePlaceBuffer ();

// asyncブロックは非同期
async {
    // ノーウェイト
    for (mutable i = 0; i < 5; ++i)
        b.Put (i.ToString ());

    // １秒待つ
    for (mutable i = 0; i < 5; ++i) {
        b.Put (i.ToString ());
        Thread.Sleep (1000);
    }
}

// 0.5秒待つ
for (mutable i = 0; i < 10; ++i) {
    Console.WriteLine ($"$(b.Get ()) : $(DateTime.Now)");
    Thread.Sleep (500);
}

/* 結果
0 : 2006/05/06 5:33:28
1 : 2006/05/06 5:33:28
2 : 2006/05/06 5:33:29
3 : 2006/05/06 5:33:29
4 : 2006/05/06 5:33:30
0 : 2006/05/06 5:33:30
1 : 2006/05/06 5:33:31
2 : 2006/05/06 5:33:32
3 : 2006/05/06 5:33:33
4 : 2006/05/06 5:33:34
 */

処理としてはまず、Putメソッドをノーウェイトで5回呼び出し、その後、1秒間隔で5回呼んでいます。一方、Getメソッドは0.5秒間隔で10回呼び出しています。結果の時間をみると分かりますが、まず、最初はPutよりもGetの方が遅いので、Getに合わせて0.5秒間隔で処理が行われ、その後、GetよりもPutの方が遅くなるので1秒間隔で処理が行われます。

単純な例なので面倒なだけに感じるかも知れませんが、処理が複雑になれば有り難みが増すと思います。多分。(^^;