調査内容

C#かつWindows向けプログラムではWaitHandleを待ちたいことがある。例えばWaitableTimerの満了待機のために。これはTaskともまた違う設計思想に基づいているように見える。よくわからないので調べた。特に待機時のスレッドについて。

WaitHandleまわり

イベントとはシグナル状態、非シグナル状態の２値によるタイミング通知の仕組み。
イベント待機にはWaitHandleを使う。待機中はスレッドブロッキングする。
イベント操作にはEventWaitHandle/AutoResetEvent/ManualResetEventクラスを使う。
- できあいのクラスはこれらによる操作機能をすでに内包している。
WaitAny/WaitAllはWaitForMultipleObjects関数相当のC#版

WaitHandleの待機中はスレッドがブロッキングする。対象スレッド毎に待機方法をまとめる。

No	ブロッキング対象スレッド案	どのようなプログラムでブロッキング可能か
1	メインスレッド	バッチ処理。
2	ThreadPoolワーカースレッド	ThreadPoolが暇なプログラム。並列度が低いもの。
3	ThreadPool I/Oスレッド	対象外とする。これはIOCP用。それ以外の用途にはWaitHandle含め適さない。
4	明示的に生成したスレッド	ThreadPoolが忙しいプログラム。並列度が高いもの。

new Thread(), _beginthread(), pthread_create()などでスレッドを生成して利用する。それらのスレッド中でWaitHandle.WaitOneメソッドを呼ぶ。

なおスレッド生成タイミングや生成数にも複数のやり方がある。WaitHandle１つ毎に都度生成＆破棄、起動時に固定数生成、負荷に応じて数を自動調整など。

WaitHandle.WaitOneメソッドは対象が条件を満たすまでずっと待機し続ける。これを中断するには２つの方法がある。

WaitOneメソッドの引数にタイムアウト時間を指定する。
WaitHandle.WaitAllまたはWaitHandle.WaitAnyを使ってその他のWaitHandleとともに待機する。例えばCancellationToken.WaitHandle.

これらは併用もできる。下記の記事に実装コード例有り。

コード：上記記事から引用、CancellationTokenによるキャンセル。

int eventThatSignaledIndex =
       WaitHandle.WaitAny(new WaitHandle[] { mre, token.WaitHandle },
                          new TimeSpan(0, 0, 20));

WaitOneは１つのWaitHandle待機につき１スレッドを使ってしまう。

ThreadPool.RegisterWaitForSingleObjectはその内部でWaitForMultipleObjectsを使っているため必要スレッド数が1/64で済むとのこと（※）。自前スレッドプールの場合も同様の対応で必要スレッド数を削減できる。

WaitForMultipleObjects関数は同時に取り扱い可能なハンドル数が64までなことに注意。これはWaitHandle.WaitAllとWaitHandle.WaitAnyでも同様。

WaitHandleのまま扱うのではなくTaskとして扱う方法もある。

下記の記事にThreadPool.RegisterWaitForSingleObjectをTaskCompletionSourceでラッピングするコード例が載っている。

The value of MAXIMUM_WAIT_OBJECTS is 64 (defined in winnt.h),

→ThreadPoolクラスのI/Oスレッドについての解説有り。どうもIOCP: I/O Completion Portのためのスレッドということらしい。それ以外はI/O待ちだろうとなんだろうとThreadPoolのワーカースレッドを使う。