Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
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정성태 (techsharer at outlook.com)
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C# - async/await 그리고 스레드 (2)

자, 그럼 지난번 글에 이어서,

C# - async/await 그리고 스레드 (1) MyTask로 재현
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13055

왜 "Thread.Sleep(16)"을 두었는지 설명해 보겠습니다. 우선, Task.Run을 사용한 예제에서 Sleep 코드를 제거해볼까요?

using System;

internal class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine($"1단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        await DoAsync();
        Console.WriteLine($"2단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    }

    private static Task DoAsync()
    {
        return Task.Run(
            () =>
            {
                Console.WriteLine($"DoAsync called! (threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId})");
            });
    }
}

위의 코드를 수행하면 보통 다음과 같은 출력을 볼 수 있습니다.

1단계: threadid == 1
DoAsync called! (threadid == 7)
2단계: threadid == 7

하지만 가끔씩, 이런 식의 출력도 나옵니다.

1단계: threadid == 1
DoAsync called! (threadid == 6)
2단계: threadid == 7

아니, Task.Run 스레드가 await 이후의 코드를 수행한다면서요? 그런데, 위의 결과는 (스레드 풀에 있던 것으로 짐작되는) 별도의 스레드가 await 이후의 코드를 실행하고 있습니다. 이유가 뭘까요?




이것을 밝혀내려면 (물론, Task.cs 소스 코드를 분석해도 되지만) 우리가 만든 MyTask의 소스 코드에서 마찬가지로 Thread.Sleep을 제거해 봐야 합니다.

using System.Runtime.CompilerServices;

internal class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine($"1단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        await new MyDummy().DoAsync();
        Console.WriteLine($"2단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    }
}

class MyDummy
{
    public MyTask DoAsync()
    {
        MyTask _task = new MyTask(() =>
        {
            Console.WriteLine($"DoAsync called! (threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId})");
        });

        return _task;
    }
}

public class MyTask
{
    Action? _continuation;

    bool _completed = false;
    public bool Completed => _completed;

    public MyTask(Action action)
    {
        ParameterizedThreadStart taskAction = (arg) =>
        {
            action();
            this.SetComplete();
        };

        Thread t = new Thread(taskAction);
        t.Start();
    }

    public MyTaskAwaiter GetAwaiter()
    {
        MyTaskAwaiter ta = new MyTaskAwaiter(this);
        return ta;
    }

    public void SetComplete()
    {
        _completed = true;

        if (_continuation != null)
        {
            _continuation();
        }
    }

    private void SetContinuation(Action continuation)
    {
        _continuation = continuation;
    }

    public struct MyTaskAwaiter : ICriticalNotifyCompletion, INotifyCompletion
    {
        MyTask _task;

        public MyTaskAwaiter(MyTask task)
        {
            _task = task;
        }

        public bool IsCompleted
        {
            get { return _task.Completed; }
        }

        public void GetResult()
        {
        }

        public void OnCompleted(Action continuation)
        {
        }

        public void UnsafeOnCompleted(Action continuation)
        {
            _task.SetContinuation(continuation);
        }
    }
}

이렇게 바꾸고 실행하면, 이제는 다음과 같이 await 이후의 코드가 실행되지 않는 것을 볼 수 있습니다.

1단계: threadid == 1
DoAsync called! (threadid == 7)

무엇이 문제일까요? 간단합니다. _continuation을 호출하지 못하는 상황이 발생하기 때문입니다.

public MyTask(Action action)
{
    ParameterizedThreadStart taskAction = (arg) =>
    {
        action();
        this.SetComplete();
    };

    Thread t = new Thread(taskAction);
    t.Start();
}

public void SetComplete()
{
    _completed = true;

    if (_continuation != null)
    {
        _continuation();
    }
}

위의 동작과 함께 원래의 await 코드가 다음과 같이 실행되는 형식이라는 것을 감안하면,

Task task = new MyDummy().DoAsync();
if (task.IsCompleted == true)
{
    // "분할 2" 코드 실행
}
else
{
    task.GetAwaiter().UnsafeOnCompleted(...[분할 2] 코드...);
}

Thread.Start 실행은 되었지만 아직 SetComplete를 호출하기 전이라고 가정해 보겠습니다. 그럼, if (task.IsCompleted == true)는 아니기 때문에 "분할 2" 코드는 실행되지 않고, 향후 IsCompleted가 true인 상황에서 실행되도록 UnsafeOnCompleted를 통해 보관하는 else 절을 타게 됩니다.

하지만, else 절까지 이동했지만 그사이 SetComplete의 코드가 실행되는 경우라면 어떨까요? 그럼 _completed = true가 되지만 아직 _continuation이 들어온 것은 아니므로 SetComplete 메서드에서는 실행이 안 될 것입니다. 결국 "분할 2" 코드는 어디에서도 실행이 안 된 것입니다.

따라서, 저런 식의 상황을 만들지 않기 위해 일부러 Thread.Sleep(16) 정도의 시간을 주면 우리가 원하는 대로 항상 스레드가 _continuation 코드를 실행할 수 있었던 것입니다.




(확실하게 분석한 것은 아니지만) 닷넷의 Task는 이런 문제를 해결하기 위해 실행되지 않는 UnsafeOnCompleted의 action 코드를 스레드 풀의 스레드가 실행하는 대비책을 마련해두었습니다.

이를 이용해 우리가 만든 MyTask의 동작을 다음과 같이 변경할 수 있습니다.

public class MyTask
{
    // ...[생략]...

    bool _executed = false;

    public void SetComplete()
    {
        _completed = true;

        _executed = _continuation != null;

        if (_executed == true)
        {
            _continuation!();
        }
    }

    private void SetContinuation(Action continuation)
    {
        _continuation = continuation;

        if (_completed == true && _executed == false)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem((obj) =>
           {
               _continuation();
           });
        }
    }

    // ...[생략]...
}

이렇게 하면, SetComplete 시점에 _continuation을 실행할 수 없어도 (UnsafeOnCompleted를 경유한) SetContinuation에서 스레드 풀에 넣어 두는 작업을 한 번 거치기 때문에 이런 실행 결과를 보입니다.

1단계: threadid == 1
DoAsync called! (threadid == 7)
2단계: threadid == 8




유의할 점은, 제가 이 글에서 구현하는 MyTask와 MyTaskAwaiter는 임의로 재현을 위해 코드를 만든 것일 뿐 이 동작이 BCL의 Task, TaskAwaiter와 정확히 같지는 않습니다. 그냥 전체적인 흐름이 그런 식으로 된다는 정도로 이해하시면 되겠습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




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

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 5/17/2022]

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댓글 작성자
 



2022-05-13 12시18분
[한예지] 선생님, 코드에서 arg 매개변수를 사용하지 않는 것 같은데
MyTask 생성자에서 ParameterizedThreadStart 델리게이트를 사용하신 이유를 알 수 있을까요?
[손님]
2022-05-13 09시00분
아... 이유 없습니다. 습관적으로 스레드 생성자에 그걸 사용해서 그렇게 된 것입니다. ^^; (당연히 arg를 사용하지 않으면 ThreadStart 델리게이트를 사용해도 무방합니다.)
정성태

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