C#入門編（17）非同期処理（async, await, Task） ～複数の処理を並行して実行～

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        Console.WriteLine("ユーザ名入力とファイルダウンロードを行います");
        Console.WriteLine("同期処理と非同期処理を比較しましょう");

        // 1. 同期処理の例
        Console.WriteLine("\n1. 同期処理:");
        SequentialDownloadAndInput();

        // 2. 非同期処理の例
        Console.WriteLine("\n2. 非同期処理:");
        await ConcurrentDownloadAndInputAsync();
    }

    static void SequentialDownloadAndInput()
    {
        int fileSize = SimulateFileDownload(); //(ア)
        string userName = GetUserName(); //(イ)
        // (ウ)
        Console.WriteLine($"こんにちは、{userName}さん！ダウンロードしたファイルのサイズは {fileSize} バイトです。");
    }

    static async Task ConcurrentDownloadAndInputAsync()
    {
        Task<int> downloadTask = SimulateFileDownloadAsync(); //(ア) 開始
        string userName = GetUserName(); //(イ)
        int fileSize = await downloadTask; //(ア) 結果待ち
        //(ウ)
        Console.WriteLine($"こんにちは、{userName}さん！ダウンロードしたファイルのサイズは {fileSize} バイトです。");
    }

    static string GetUserName()
    {
        Console.WriteLine("ユーザー名を入力してください：");
        string userName = Console.ReadLine() ?? "名無し";
        Console.WriteLine($"ユーザー名は {userName} です。");
        return userName;
    }

    static int SimulateFileDownload()
    {
        Console.WriteLine("ファイルのダウンロードを開始します...");
        System.Threading.Thread.Sleep(5000); // ダウンロードに5秒かかると仮定
        Console.WriteLine("ファイルのダウンロードが完了しました。");
        return 123456789; // ファイルサイズを返す
    }

    static async Task<int> SimulateFileDownloadAsync()
    {
        Console.WriteLine("ファイルのダウンロードを開始します...");
        await Task.Delay(5000); // ダウンロードに5秒かかると仮定
        Console.WriteLine("ファイルのダウンロードが完了しました。");
        return 123456789; // ファイルサイズを返す
    }
}

ユーザ名入力とファイルダウンロードを行います
同期処理と非同期処理を比較しましょう

1. 同期処理:
ファイルのダウンロードを開始します...
ファイルのダウンロードが完了しました。
ユーザー名を入力してください：
Prota
ユーザー名は Prota です。
こんにちは、Protaさん！ダウンロードしたファイルのサイズは 123456789 バイトです。

2. 非同期処理:
ファイルのダウンロードを開始します...
ユーザー名を入力してください：
Prota
ユーザー名は Prota です。
ファイルのダウンロードが完了しました。
こんにちは、Protaさん！ダウンロードしたファイルのサイズは 123456789 バイトです。

static async Task ConcurrentDownloadAndInputAsync()
{
    Task<int> downloadTask = SimulateFileDownloadAsync(); //★(a)
    string userName = GetUserName(); //★(b)
    int fileSize = await downloadTask; //★(c)
    Console.WriteLine($"こんにちは、{userName}さん！ダウンロードしたファイルのサイズは {fileSize} バイトです。");
}

async Task SomethingMethodAsync(){
   …
   return;
}

…

await SomethingMethodAsync();

using Restaurant.Menus;

namespace Restaurant
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            List<Menu> menus = GenerateMenuList();
            using (var cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource())
            {

                Console.WriteLine("メニュー画像生成を開始します。'e'キーを押すと終了します。");

                // 非同期で画像生成とユーザー入力の監視を開始
                Task generationTask = GenerateImagesAsync(menus, cancellationTokenSource.Token);
                Task inputTask = MonitorUserInputAsync(cancellationTokenSource);

                // 画像生成の完了を待機
                await generationTask;

                // ユーザー入力の監視をキャンセル
                // (ユーザ入力タスクが完了していない場合にはキャンセルされる)
                cancellationTokenSource.Cancel();
                await inputTask;

                Console.WriteLine("アプリケーションを終了します。");
            }
        }

        static List<Menu> GenerateMenuList()
        {
            return new List<Menu>
            {
                new MainMenu("黒毛和牛ステーキ", "ジューシーで柔らかなステーキです。", 2500, false),
                new MainMenu("ベジタブルカレー", "野菜をたっぷりと使った、スパイシーなカレーです。", 1500, true),
                new DrinkMenu("ホットコーヒー", "丁寧に焙煎されたコーヒー豆を使用しています。", 300, false)
            };
        }

        static async Task GenerateImagesAsync(List<Menu> menus, CancellationToken cancellationToken)
        {
            try
            {
                for (int i = 0; i < menus.Count; i++)
                {
                    var menu = menus[i];
                    cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();

                    Console.WriteLine($"{i}: AI画像生成を開始: {menu.Name}");
                    // ダミーでウェイト、実際の画像生成APIを呼び出す
                    await Task.Delay(2000, cancellationToken);
                    Console.WriteLine($"{i}: AI画像生成を完了: {menu.Name}");

                    // ダミーでウェイト、ここで実際にファイルを保存する
                    Console.WriteLine($"{i}: 画像保存を開始: {menu.Name}.jpg");
                    await Task.Delay(1000, cancellationToken);
                    Console.WriteLine($"{i}: 画像保存を完了: {menu.Name}.jpg");
                }

                Console.WriteLine("すべてのメニュー項目の画像生成が完了しました。");
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                Console.WriteLine("画像生成処理がキャンセルされました。");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"エラーが発生しました: {ex.Message}");
            }
        }

        static async Task MonitorUserInputAsync(CancellationTokenSource cancellationTokenSource)
        {
            while (!cancellationTokenSource.Token.IsCancellationRequested)
            {
                if (Console.KeyAvailable)
                {
                    var key = Console.ReadKey(true);
                    if (char.ToLower(key.KeyChar) == 'e')
                    {
                        cancellationTokenSource.Cancel();
                        Console.WriteLine("キャンセル要求が送信されました。処理を停止します...");
                        break;
                    }
                }
                await Task.Delay(100);
            }
            Console.WriteLine("ユーザー入力の監視を終了します。");
        }
    }
}

static async Task Main(string[] args)
{
    ...
}

using (var cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource())
{
    ...
}

Task generationTask = GenerateImagesAsync(menus, cancellationTokenSource.Token);
Task inputTask = MonitorUserInputAsync(cancellationTokenSource);

メニュー画像生成を開始します。'e'キーを押すと終了します。
0: AI画像生成を開始: 黒毛和牛ステーキ
0: AI画像生成を完了: 黒毛和牛ステーキ
0: 画像保存を開始: 黒毛和牛ステーキ.jpg
0: 画像保存を完了: 黒毛和牛ステーキ.jpg
1: AI画像生成を開始: ベジタブルカレー
1: AI画像生成を完了: ベジタブルカレー
1: 画像保存を開始: ベジタブルカレー.jpg
1: 画像保存を完了: ベジタブルカレー.jpg
2: AI画像生成を開始: ホットコーヒー
2: AI画像生成を完了: ホットコーヒー
2: 画像保存を開始: ホットコーヒー.jpg
2: 画像保存を完了: ホットコーヒー.jpg
すべてのメニュー項目の画像生成が完了しました。
ユーザー入力の監視を終了します。
アプリケーションを終了します。

メニュー画像生成を開始します。'e'キーを押すと終了します。
0: AI画像生成を開始: 黒毛和牛ステーキ
0: AI画像生成を完了: 黒毛和牛ステーキ
0: 画像保存を開始: 黒毛和牛ステーキ.jpg
0: 画像保存を完了: 黒毛和牛ステーキ.jpg
1: AI画像生成を開始: ベジタブルカレー
1: AI画像生成を完了: ベジタブルカレー
1: 画像保存を開始: ベジタブルカレー.jpg
キャンセル要求が送信されました。処理を停止します...
ユーザー入力の監視を終了します。
画像生成処理がキャンセルされました。
アプリケーションを終了します。

public async Task<List<Point>> FindPathAsync(Grid grid, Point start, Point goal)
{
    return await Task.Run(() =>
    {
        //経路探索を行う (計算量が多い処理)
        var pathFinder = new PathFinder(grid);
        return pathFinder.FindPath(start, goal);
    });
}

async Task ExceptionHandlingExample()
{
    Task task = SomethingAsync();

    try
    {
        await task;
    }
    catch (Exception e)
    {
        Console.WriteLine($"エラーが発生しました: {e.Message}");
    }
}

Task task1 = DoSomethingAsync();
Task task2 = DoSomethingElseAsync();

await Task.WhenAll(task1, task2);
Console.WriteLine("両方のタスクが完了しました");