非同期ファイル I/O

[アーティクル]
05/09/2023

非同期操作では、メインスレッドをブロックすることなくリソース使用量の多い I/O 操作を実行できます。このパフォーマンスに関する考慮事項は、時間のかかるストリーム操作によって UI スレッドがブロックされ、アプリが動作していないと見なされる可能性がある Windows 8.x Store アプリまたはデスクトップアプリで特に重要です。

.NET Framework 4.5 以降の I/O 型には非同期操作を単純化する非同期メソッドが含まれています。非同期のメソッドの名前には Async が含まれます ( ReadAsync、 WriteAsync、 CopyToAsync、 FlushAsync、 ReadLineAsync、 ReadToEndAsyncなど)。これらの非同期のメソッドは、 Stream、 FileStream、 MemoryStreamなどのストリームクラスと、 TextReader 、 TextWriterなどのストリームとの間の読み取り/書き込みに使用されるクラスに実装されます。

.NET Framework 4 およびそれ以前のバージョンで非同期 I/O 操作を実装するには、BeginRead、EndRead などのメソッドを使用する必要があります。これらのメソッドは、レガシコードをサポートするために現行の .NET バージョンでも使用できますが、非同期 I/O 操作は非同期のメソッドを使用して実装する方が簡単です。

C# と Visual Basic には、非同期プログラミング用のキーワードがそれぞれ 2 つあります。

Async (Visual Basic) 修飾子または async (C#) 修飾子。非同期操作を含むメソッドをマークするために使用されます。
Await (Visual Basic) 演算子または await (C#) 演算子。非同期のメソッドの結果に適用されます。

非同期 I/O 操作を実装するには、これらのキーワードを非同期のメソッドと組み合わせて使用します。次に例を示します。詳細については、「Async および Await を使用した非同期プログラミング (C#)」または「Async および Await を使用した非同期プログラミング (Visual Basic)」を参照してください。

次の例では、2 つの FileStream オブジェクトを使用して、ファイルをディレクトリ間で非同期にコピーする方法を示します。非同期のメソッドを呼び出すので、 Click コントロールの Button イベントハンドラーは async 修飾子でマークされていることに注意してください。

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows;
using System.IO;

namespace WpfApplication
{
    public partial class MainWindow : Window
    {
        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private async void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            string startDirectory = @"c:\Users\exampleuser\start";
            string endDirectory = @"c:\Users\exampleuser\end";

            foreach (string filename in Directory.EnumerateFiles(startDirectory))
            {
                using (FileStream sourceStream = File.Open(filename, FileMode.Open))
                {
                    using (FileStream destinationStream = File.Create(Path.Combine(endDirectory, Path.GetFileName(filename))))
                    {
                        await sourceStream.CopyToAsync(destinationStream);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Imports System.IO

Class MainWindow

    Private Async Sub Button_Click(sender As Object, e As RoutedEventArgs)
        Dim StartDirectory As String = "c:\Users\exampleuser\start"
        Dim EndDirectory As String = "c:\Users\exampleuser\end"

        For Each filename As String In Directory.EnumerateFiles(StartDirectory)
            Using SourceStream As FileStream = File.Open(filename, FileMode.Open)
                Using DestinationStream As FileStream = File.Create(EndDirectory + filename.Substring(filename.LastIndexOf("\"c)))
                    Await SourceStream.CopyToAsync(DestinationStream)
                End Using

            End Using
        Next
    End Sub

End Class

次の例は前述の例と似ていますが、 StreamReader オブジェクトと StreamWriter オブジェクトを使用して、テキストファイルの内容の読み取り/書き込みを非同期で行います。

private async void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    string UserDirectory = @"c:\Users\exampleuser\";

    using (StreamReader SourceReader = File.OpenText(UserDirectory + "BigFile.txt"))
    {
        using (StreamWriter DestinationWriter = File.CreateText(UserDirectory + "CopiedFile.txt"))
        {
            await CopyFilesAsync(SourceReader, DestinationWriter);
        }
    }
}

public async Task CopyFilesAsync(StreamReader Source, StreamWriter Destination)
{
    char[] buffer = new char[0x1000];
    int numRead;
    while ((numRead = await Source.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)) != 0)
    {
        await Destination.WriteAsync(buffer, 0, numRead);
    }
}

Private Async Sub Button_Click(sender As Object, e As RoutedEventArgs)
    Dim UserDirectory As String = "c:\Users\exampleuser\"

    Using SourceReader As StreamReader = File.OpenText(UserDirectory + "BigFile.txt")
        Using DestinationWriter As StreamWriter = File.CreateText(UserDirectory + "CopiedFile.txt")
            Await CopyFilesAsync(SourceReader, DestinationWriter)
        End Using
    End Using
End Sub

Public Async Function CopyFilesAsync(Source As StreamReader, Destination As StreamWriter) As Task
    Dim buffer(4095) As Char
    Dim numRead As Integer

    numRead = Await Source.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)
    Do While numRead <> 0
        Await Destination.WriteAsync(buffer, 0, numRead)
        numRead = Await Source.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)
    Loop

End Function

次の例では、分離コードファイルと XAML ファイルを使用して Windows 8.x Store アプリでファイルを Stream として開き、StreamReader クラスのインスタンスを使用してその内容を読み取る方法を示します。ここでは、非同期のメソッドを使用して、ファイルをストリームとして開き、ファイルの内容を読み取ります。

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using Windows.Storage.Pickers;
using Windows.Storage;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace ExampleApplication
{
    public sealed partial class BlankPage : Page
    {
        public BlankPage()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        private async void Button_Click_1(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            StringBuilder contents = new StringBuilder();
            string nextLine;
            int lineCounter = 1;

            var openPicker = new FileOpenPicker();
            openPicker.SuggestedStartLocation = PickerLocationId.DocumentsLibrary;
            openPicker.FileTypeFilter.Add(".txt");
            StorageFile selectedFile = await openPicker.PickSingleFileAsync();

            using (StreamReader reader = new StreamReader(await selectedFile.OpenStreamForReadAsync()))
            {
                while ((nextLine = await reader.ReadLineAsync()) != null)
                {
                    contents.AppendFormat("{0}. ", lineCounter);
                    contents.Append(nextLine);
                    contents.AppendLine();
                    lineCounter++;
                    if (lineCounter > 3)
                    {
                        contents.AppendLine("Only first 3 lines shown.");
                        break;
                    }
                }
            }
            DisplayContentsBlock.Text = contents.ToString();
        }
    }
}

Imports System.Text
Imports System.IO
Imports Windows.Storage.Pickers
Imports Windows.Storage

NotInheritable Public Class BlankPage
    Inherits Page



    Private Async Sub Button_Click_1(sender As Object, e As RoutedEventArgs)
        Dim contents As StringBuilder = New StringBuilder()
        Dim nextLine As String
        Dim lineCounter As Integer = 1

        Dim openPicker = New FileOpenPicker()
        openPicker.SuggestedStartLocation = PickerLocationId.DocumentsLibrary

        openPicker.FileTypeFilter.Add(".txt")
        Dim selectedFile As StorageFile = Await openPicker.PickSingleFileAsync()

        Using reader As StreamReader = New StreamReader(Await selectedFile.OpenStreamForReadAsync())
            nextLine = Await reader.ReadLineAsync()
            While (nextLine <> Nothing)
                contents.AppendFormat("{0}. ", lineCounter)
                contents.Append(nextLine)
                contents.AppendLine()
                lineCounter = lineCounter + 1
                If (lineCounter > 3) Then
                    contents.AppendLine("Only first 3 lines shown.")
                    Exit While
                End If
                nextLine = Await reader.ReadLineAsync()
            End While
        End Using
        DisplayContentsBlock.Text = contents.ToString()
    End Sub
End Class

<Page
    x:Class="ExampleApplication.BlankPage"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:ExampleApplication"
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    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <StackPanel Background="{StaticResource ApplicationPageBackgroundBrush}" VerticalAlignment="Center" HorizontalAlignment="Center">
        <TextBlock Text="Display lines from a file."></TextBlock>
        <Button Content="Load File" Click="Button_Click_1"></Button>
        <TextBlock Name="DisplayContentsBlock"></TextBlock>
    </StackPanel>
</Page>

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