C#でUIスレッド以外にInvokeする方法

Question

前提・実現したいこと

C#でマルチスレッドのプログラムを作成したいと考えています。
専用スレッドを立てて常に処理を実行する想定です。

UIスレッド(コントロール)ではない特定スレッドで処理を行ないたい場合に
スレッドを切り替えるよい方法はありますでしょうか？

発生している問題・エラーメッセージ

うまいやり方があるのではないかと検索していたのですが、
UIスレッドのInvokeのサンプルばかりが出てきて発見できませんでした。

その後調べたこと

https://www.infoworld.com/article/3063560/how-to-build-your-own-task-scheduler-in-csharp.html

https://stackoverflow.com/questions/41271071/how-to-queue-up-delegates-to-be-executed-in-series-in-the-background-with-c

https://stackoverflow.com/questions/15119974/creating-backgroundworker-with-queue/15120092#15120092

この辺りも読んでみました。やはり一発で解決とはいかず個々の対応になるのかなと思いました。"専用スレッド"ではないのですが 『ContinueWith でTaskをつないでいく解決策』は興味深かったです。

Answer 1

Task クラス を使いましょう。

使い方や詳しいことはドキュメントがたくさんありますので確認してください。

• 非同期プログラミング
• async および await を使用した非同期プログラミング
• 非同期メソッド

Comments

[hyskt]

ご回答ありがとうございます。
UIスレッドのInvokeのような感じで、一発で他スレッドに切り替える方法はないということになりますか？
async,awaitで非同期処理は可能だと思いますが、スレッドを切り替えたいときには何を使うことになるでしょうか？　シグナルでしょうか？

[BluOxy]

ドキュメントを読むとわかりますが、下記のコードではボタンのクリックイベントが発火するとき Task クラスによって Console.WriteLine("Hello"); という処理をスレッドプールに委譲し、スレッドプール内のスレッドが処理をします。
これは求めているものには合致しませんか。

asnyc void Button_Click(object sender, System.EventArgs e) {
await Task.Run(() => Console.WriteLine("Hello"));
}

[BluOxy]

例示した非同期メソッドの戻り値は void ですが、イベントハンドラ以外では void を返さないでください。 イベントハンドラ以外で非同期メソッドを使用するときは戻り値を Task または Task<T> にしましょう。

[hyskt]

ありがとうございます。
スレッドプール内のスレッドではなく、自分の作ったスレッドで動作させたいと考えております。
メソッドを実行するスレッドを確実に限定することで安全な処理を行うことができないかと考えております。

[BluOxy]

自分の作ったスレッドだと何が安全で、スレッドプールだと何が危険なんでしょうか。

スレッドを直接開始することは Thread クラスでできますが、処理開始時にスレッドを生成・処理終了時にスレッドを破棄するコストがかかり、パフォーマンスへの影響が大きいです。
そのようなレガシーな歴史があり、その課題を解決した Task クラスを推奨しています。

[BluOxy]

マルチスレッドなプログラムでは Task クラスを用いるのが一般的です。
Qiita の記事ですが、899 のいいねが付いていることからそれは明白です。
https://qiita.com/acple@github/items/8f63aacb13de9954c5da

サンプルもネットにたくさんあります。
使わない理由が個人的にはないのですが、どうお考えでしょうか。

[hyskt]

あるモジュールが外部からのトリガーで動作します。
それは不特定の任意のタイミングでひんぱんに実行されることが想定されます。
処理の競合が発生すると致命的な問題を起こします。
排他制御を入れるのは範囲が広くてあまり適切でないように思われます。

という場合に「あるモジュール」を動かすスレッドが限定できていれば
競合は発生せず安全に使用することができると考えています。

[退会済みユーザー]

横レス失礼します。

自分で Thread を初期化（new Thread）して使う場合は以下の点に要注意だそうです。

(1) CLR ThreadPool を使用するのに比べて非常にコストが高い。

(2) 自分で作った Thread に I/O 要求が残ってないか終了前にチェックしなければならない。

(3) システムのパフォーマンスを保つには実行されている Thread の数が適切でなければならないが、自分で Thread を作るのであればパフォーマンスを保つのは自分の責任になる。

上のことは MSDN Blog の記事 (URL 下記) に書いてあったことで、その記事を書いた Microsoft の開発者よりはるかにスマートに実装できるのでなければ "don't even think about it" とのこと。自分もそう思います。

Performing Asynchronous Work, or Tasks, in ASP.NET Applications
https://docs.microsoft.com/ja-jp/archive/blogs/tmarq/performing-asynchronous-work-or-tasks-in-asp-net-applications

[退会済みユーザー]

> という場合に「あるモジュール」を動かすスレッドが限定できていれば競合は発生せず安全に使用することができると考えています。

考えにくいですが、具体的にどうするつもりなのでしょう？

[BluOxy]

補足ありがとうございます。

＠hyskt さん
BlockingCollection<T> を使って処理を保持するキューを作成できますので、それと Task による非同期処理を組み合わせてTask に委譲した処理を直列に処理することはできると思います。
https://stackoverflow.com/questions/36761955/using-a-blockingcollection-to-queue-tasks

本当に細かく処理フローをこだわるなら TPL Dataflow の ActionBlock を使うのが良いかもしれません。その辺りは使ったことがないので細かく解説はできませんが、こちらでも似たようなことができるようなので、試しても良いと思います。

[BluOxy]

すみません。ずいぶんと難しいこと書いてしまいましたが、

> 不特定の任意のタイミングでひんぱんに実行されることが想定されます。処理の競合が発生すると致命的な問題を起こします。

単純にその処理を非同期メソッド(タスク)として実装し、タスクを保持する用のスレッドセーフなキューを用意し、キューにタスクがあるか監視して、あればタスクを await で呼び出すようにしてください。

[hyskt]

ありがとうございます。
いただいたリンクとキーワードからたどって考えてみたいと思います。
非常に参考になる情報をありがとうございました。

Answer 2

処理のキュー(Delegateでもいれとくとか）みたいなものを作って、その特定スレッドとやらで監視するしかないんじゃないですかね。
InvokeはWindowメッセージ(PostMessage)を利用することでUIスレッドで動作させていますので、フォームを持たないスレッドでは、自前で仕組みを構築する必要があります。

雰囲気を掴む程度の適当なサンプルを追記します。

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;

namespace Test
{
    class Program
    {
        static ConcurrentQueue<Action> _JobQueue = new ConcurrentQueue<Action>();
        static Task _HogeTask;
        static int _JobStartCount = 0;

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine($"ManagedThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} プログラムを開始しました。");
            _HogeTask = Task.Run(() => {
                Console.WriteLine($"ManagedThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} Taskを開始しました。");
                while (_JobStartCount<10 )
                {
                    Action act;
                    if (_JobQueue.TryDequeue(out act))
                    {
                        _JobStartCount++;
                        act();
                    }

                    Thread.Sleep(1000);
                }

                Console.WriteLine($"ManagedThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {_JobStartCount}回仕事したのでもう帰ります");
            });

            while( !_HogeTask.IsCompleted )
            { 
                //キーを押すとTaskに仕事をさせるぞ！
                Console.ReadKey();

                _JobQueue.Enqueue(() => Console.WriteLine($"ManagedThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {_JobStartCount}回仕事をしました"));
            }
        }
    }
}

Comments

[hyskt]

ご回答ありがとうございます。
やはりInvokeのように便利なものは用意されていないのでしょうね。。
Delegate等そこまで明るくないので大変そうで気が滅入ります。
もし「自前で仕組みを構築する」のに参考になりそうなコードをご存知でしたら
紹介いただけるとうれしいです。

[退会済みユーザー]

マルチスレッドに手を出すなら、Delegate(Action, Func, ラムダ式含む）は理解しておかないと色々つらいと思います。基礎を疎かにして複雑な処理に手を出すと痛い目に遭います。

[hyskt]

マルチスレッドでは別のところで散々痛い目に逢っているのでそれは大丈夫なんですが、
上記のC#のサンプルが全然見つからないんですよね。
Invokeに埋もれてて探せていないのか、やはり一般的ではないのでしょうか？

[退会済みユーザー]

簡単なサンプルを追加しましたが、実際にどういう処理をさせるか知らないので、自分のプログラムでやるならもっときちんと考えた方がいいです。

[hyskt]

サンプルを追記いただきありがとうございます。
非常に参考になります。情報をもとにしっかり考えたいと思います。

Answer 3

普通にに別スレッドで実行するようにすれば、UIスレッド以外の実行となります

Comments

[hyskt]

ご回答ありがとうございます。
やりたいこととしてはUIスレッドのInvokeのようにスレッドを切り替える動作になります。例えば、タイマーで起き上がってきたあとに、特定スレッド上でメソッドを動かすようなことです。

スレッドを切り替える普通の方法はどのようなものになりますでしょうか？

[y_waiwai]

ちと意味不明ですが、単に別スレッドで実行すればそんでいいんでは