概要
Ver. 5.0
C# はこれまでも一貫して、「言語自体（コンパイラー）に多くのことをさせ過ぎない」、「可能な限りフレームワーク側（クラス ライブラリ側）に実装を任せる」という方針で機能追加を行っています。例えば、foreach や LINQ の実装がその例ですが、以下のように、コンパイラーの仕事はメソッド呼び出しへの変換になります。
「foreach」は、enumrable/enumerator パターンに沿って実装されたクラスなら何でも列挙可能。
- 単純に、GetEnumerator メソッドや MoveNext, Current などの呼び出しに置き換えられる。
LINQ「クエリ式」は、Select や Where という名前のメソッドを持っていれば何でも問い合わせ可能。
非同期メソッドも同様の方針を取っていて、本項で説明するようなパターンに沿ったクラスなら、なんでも await の対象にできます。
サンプル
Awaitable パターン
await の対象にできるのは、以下のような Awaitable パターンを実装したクラスです。（インターフェイスなどの実装も不要で、いわゆる「ダックタイピング」的。）
// 同名のメソッドを持っていれば型は問わない。classAwatable{publicAwaiter GetAwaiter() { }}// 同上、同名のメソッドを持っていれば型は問わない。structAwaiter{public bool IsCompleted {get; }public void OnCompleted(Action continuation) { }public T GetResult() { }}await 可能な型は、上記の Awaitable クラスのように、Awaiter を返す GetAwaiter メソッド（あるいは拡張メソッドでも OK）を持つ必要があります。Awaiter は、以下のようなプロパティ/メソッドを持つ必要があります。
bool IsCompletedプロパティ- タスクが完了していれば true を返します。 この場合、後述の
OnCompletedメソッドで「継続」呼び出しするのではなく、 即座に続きの処理を行います。
- タスクが完了していれば true を返します。 この場合、後述の
void OnCompletedメソッド- タスクが未完（
IsCompletedが false）な場合、 引数で与えた continuation を「継続」登録（例えば Task<T>.ContinueWith に渡す）します。
- タスクが未完（
T GetResult()タスクの結果を取り出します。
非同期処理の結果が戻り値を持つ場合 （例えば、 タスクがいわゆる「先物」（ジェネリック版の Task<T> など）の場合）、 結果の値を返します。
非同期処理の結果が戻り値なし（void）の場合、 GetResult メソッドの戻り値も void で、 単にタスクの完了を待ちます。
タスク内で例外が発生していた場合、GetResult でその例外を受け取れます（スレッド間の例外の伝搬）。
Task クラスなどに直接 IsCompleted/OnCompleted/GetRusult を持たせるのではなく、GetAwaiter を挟むことで拡張性を持たせています。GetAwaiter は拡張メソッドでもいいので、独自実装で挙動を変えるということもしやすくなっています。
サンプル
（参考：サンプルの AwaiterPatternSample プロジェクト。）
実装例を挙げてみましょう。せっかくの非同期呼び出しを同期化（処理が終わるまでブロッキング）するという、使い道のない実装ですが、シンプルなのでサンプルとしては分かりやすいと思います。
public classBlockingAwaitable<T>{privateBlockingAwaiter<T> _awaiter;public BlockingAwaitable(Task<T> task) { _awaiter =newBlockingAwaiter<T>(task); }publicBlockingAwaiter<T> GetAwaiter() {return _awaiter; }}public classBlockingAwaiter<T>{privateTask<T> _task;public BlockingAwaiter(Task<T> task) { _task = task; }public bool IsCompleted {get {return true; } }public void OnCompleted(Action continuation) { }public T GetResult() { _task.Wait();return _task.Result; }}public static classBlockingAwaitableExtensions{public staticBlockingAwaitable<T> ToBlocking<T>(thisTask<T> task) {return newBlockingAwaitable<T>(task); }}以下のように利用します。
varresult =await task.ToBlocking();状態機械生成
それでは、この awaitable/awaiter が実際にどのように利用されているのかを見てみましょう。仕組みとしては、「イテレーター」と似ていて、一種の状態機械（state machine）の生成となっています。
イテレーターの場合には、yield return の部分が以下のようなコードに置き換えられます。
state = State1;// 次に復帰するときのための状態の記録Current = x;// 戻り値を Current に保持return true;// いったん処理終了case State1:// 次に呼ばれたときに続きから処理するためのラベル処理はいったん中断し、次に呼ばれたときには state の値に応じた switch や goto によって、続きの処理を再開します。
非同期メソッドの場合には、await の部分が以下のようなコードに置き換えられます。
state = State1;// 次に復帰するときのための状態の記録var task = RunAsync();var awaiter = task.GetAwaiter();if (!awaiter.IsCompleted){ awaiter.OnCompleted(a);// タスクが未完の場合だけ、継続登録して一度 returnreturn;}case State1:// 次に呼ばれたときに続きから処理するためのラベルvar y = awaiter.GetReslt();// タスクの結果を受け取りawaiter =default(T);// ガベージ コレクションが働きやすくなるように null 代入このコードはラムダ式で囲われていて、（BeginAwait の引数となっている）Action 型の変数 a に代入されているものと思ってください。結果として、タスクの継続として自分自身が呼ばれ、state に応じた switch や goto によって続きの処理が行われます。
ちなみに、awaitable/awaiter を介さない単純な実装に展開するなら、以下のようになります。（実際には、await は Task クラス以外にも使えますし、単純に ContinueWith を呼ぶより少しだけ複雑な処理（後述の SynchronizationContext を利用）を行っています。）
state = State1;// 次に復帰するときのための状態の記録var task = AnotherTaskAsync();if (!task.IsCompleted){// 他のタスクの完了待ちに入って、いったん処理中止 task.ContinueWith(a);return;}// ただし、タスクがすでに完了済みだったら処理続行case State1:// 次に呼ばれたときに続きから処理するためのラベルvar y = task.Result;// タスクの結果を受け取りサンプル
（参考：サンプルの PseudoAsync プロジェクト。）
例えば、以下のような非同期メソッドを考えてみましょう。要は、複数の URL から文字列をダウンロードしてきて表示するプログラムです（ShowTitle の実装については割愛）。
private static async void RunTaskAsync(params string[] uriList){var client =newWebClient();foreach (var uriin uriList) {var html =await client.DownloadStringTaskAsync(uri); ShowTitle(html); }}非同期メソッドがイテレーターと似たようなコード生成をしているということは、イテレーターを使って似たようなことができなくもないです。上記の例は、イテレーターを使って書くと以下のようになります。
private static void RunPseudoAsync(params string[] uriList){ AsyncHelper(RunIterator(uriList));}private staticIEnumerable<Task> RunIterator(params string[] uriList){var client =newWebClient();foreach (var uriin uriList) {//↓ここからvar task = client.DownloadStringTaskAsync(uri);if (!task.IsCompleted) {yield return task; }var html = task.Result;//↑ここまでが await 相当の処理 ShowTitle(html); }yield return null;}private static void AsyncHelper(IEnumerable<Task> asyncTask){var e = asyncTask.GetEnumerator();Action a =null; a = () => {if (e.MoveNext() && e.Current !=null) { e.Current.ContinueWith(t => a()); } }; a();}さらに、イテレーター相当の処理も展開すると以下のようになります。
private static void RunAsyncInside(IEnumerable<string> uriList){Action a =null;var e = uriList.GetEnumerator();int state = 0;WebClient client =null;Task<string> task =null; a = () => {switch(state) {case 0:goto State0;case 1:goto State1; } State0: client =newWebClient();// goto の都合上、ループは if goto とか if return に置き換わる。if (!e.MoveNext())return;//↓ここから state = 1; task = client.DownloadStringTaskAsync(e.Current);if (!task.IsCompleted) { task.ContinueWith(t => a);return; } State1:var html = task.Result;//↑ここまでが await 相当の処理 ShowTitle(html); }; a();}catch句、finally句内でのawait
Ver. 6
C# 6からは、catch句、finally句内にもawaitを書けるようになりました。
これの展開は結構面倒で、ここまでで説明してきたような単純な置き替えルールではできません。追加で、以下のようなことをしています。
- すべての例外を無差別にcatch
- catch句内、finally句内相当の処理を実行
- 例外を再throw
最後の例外の再throwが曲者で、例外のスタック トレースを保ったまま例外をthrowし直すのは結構難しかったりします(.NET Frameworkの内部的な機能(internalなメソッド)を使わないとできなかったりします)。
同期コンテキスト
（書きかけ）
（参考：サンプルの SynchronizationContextSample プロジェクト。）
GUI アプリの場合、UI を更新できるのは UI スレッドだけ。非同期処理の結果を UI スレッドに返す必要あり。参考: 「[雑記] GUI と非同期処理」
・ディスパッチャーを呼ぶ仕組みWPF とか Silverlight の場合、継続がディスパッチャー経由で呼ばれる。SynchronizationContext.Post 経由。（標準提供の TaskAwaiter がこういう挙動してる。 気に入らなければ Awaiter の自作で回避可能。）詰まるところ、いくら await しても UI スレッドに処理戻ってくる。当然、そこで重たい処理したら UI フリーズするので注意。（一番向いてる処理は、IO 待ち）・もし、重たい処理が必要ならawait Task.Run(() =>{ // 重たい処理 // ここは別スレッドで動いてる}// SynchronizationContext 経由で UI スレッドに戻る// UI スレッドで実行しないといけない処理と書く。