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WFは何故シングルスレッドモデルなのか?

 WFを学習している人は、シングルスレッドモデルで動いている事を知っていると思います。では、何故シングルスレッドモデルなのでしょうか?多くの人がこの疑問にぶち当たると思います。そこで今回は、その疑問について、私が調べて分かった事を書きます。
 WFのスレッドがシングルスレッドモデルである理由について知るには、WFの動作原理と目標を理解せねばなりません。おさらいします。WFの最大の特徴はブックマークです。WFは距離に関係なく、プログラムの中断と再開を行えます。この素敵なブックマークは、.NETランタイム上のWFランタイムが制御する事により実現しています。
 ここまでの説明で、WFランタイムが鍵を握っている事が分かって頂けると思います。話しを元に戻します。話しの主役であるWFランタイムは、有限オートマトンであり、アクティビティをキューに格納して管理しています。シングルスレッドでなくてはならない理由がここにあります。ブックマークを有限オートマトンで実現するには、スレッドアジリティなのはもちろんのこと、プロセスアジリティでなくてはなりません。つまり、プログラムが特定のスレッドやプロセスに結び付いてはならないのです。
 スレッドが保持する変数をコンパイラとOSから見ると、メモリに割り当てられたスタック空間のデータです。このデータをプログラムから操作するには、特別な方法や手順が必要です。ここでWFが宣言的である事を思い出して下さい。特別な方法をWF側から用意すると、宣言的なプログラムではなくなってしまいます。
 なおかつ、距離に関係なくプログラムをブックマーク化するには、特定のプロセスと結びついてはなりません。何故ならば、リモートコンピュータのプログラムである事を意識すると、宣言的なプログラムでなくなるからです。いつどこでどのようにプログラムを実行するのかは、WFランタイムが管理する領域なのです。
 そして、利用者に意識させず、有限オートマトンでキューを操作するのは、ほぼ不可能と言ってもよいでしょう。もし、WFで真の並列処理を可能にしたければ、「位置独立性」、「拡張性」、「信頼性」の三つの要件を、プログラマに意識させずに満たさなくてはなりません。しかしそれをするには、高度な人工知能が必要となりオーバーヘッドが高すぎます。それが嫌ならば、プログラマが意識し、全てのアクティビティを位置に関係なく、並列でも正常に動くようにプログラミングしなくてはなりません。ですがそんな事をするぐらいならば、有限オートマトンの動作を考える必要がない、普通の並列プログラミングをする方が簡単です。
 纏めます。今のところ、WFの存在意義を保つには、シングルスレッドモデルでなくてはなりません。WF4には擬似的な並列処理をする方法が用意されていますが、WFランタイムが並列化しているように見せているだけです。これは悪い知らせの様に聞こえるでしょう。しかし、そうではありません。無闇にスレッドを使用すると大変な被害をもたらします。また、無闇に複雑化すると弊害の方が大きくなります。従って、WFがシングルモデルである事は利点が大きいと言えます。
 WFに限らず、制限は不便さだけではなく利点も生み出します。適切な利益を生み出すために敢えて制限を施したWFの設計思想と仕組みは、我々に多くの事を教えてくれます。
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テーマ : プログラミング
ジャンル : コンピュータ

Windows Workflow Foundation ( WF )は凄い

 WFは凄く魅力的な技術ですが、その凄さが世間で広まっていないようです。そこで、WFの魅力を語る事にしました。
 WFの特徴はなんといってもブックマークです。この世には長時間稼働するプログラムが存在します。そうしたプログラムを安定して稼働させるのは意外と難しいです。何故ならば、プロセスが終了する状況がいくらでもあるからです。全ての状況を想定してプログラムする事は不可能ではないものの、大変に骨が折れる作業です。WFにはブックマーク機能があるのでその心配は要りません。
 WFにはもうひとつ重要な側面があります。それは、宣言型データフロープログラミングが可能となる事です。WFは制御フローを抽象化して扱えますし、「値が入力される」といった外部からの刺激に自動反応してプログラムを実行してくれます。こういった特徴は、一般的な開発は勿論のことドメイン特化開発で非常に有効です。
 話しが少し脱線しますが、宣言型データフロープログラミングになじみがない人が多いと思いますので少し解説します。宣言型を簡単に言うと、C言語のように細かくコンピュータに対する命令を記述するのではなく、何をさせたいのかを記述する方式です。なじみ深い例をあげると、SQLとLINQがこれに該当します。これらの例を思い返せば、宣言的プログラミングの強力さが分かって頂けると思います。
 データフロープログラミングは、宣言型よりも知られていないと思います。データフロープログラミングとは、データ駆動でプログラムが実行される形態のプログラムを扱います。例えば、非データフロープログラムでは、print( inputValue )などとすると、変数inputValueが計算されるまでそれ以降のプログラムが実行されません。一方、データフロープログラミングの場合、変数の計算が終わる前に次のプログラムを実行し、変数の計算が終わったら表示します。プログラミングの可能性を広げ生産性もあげる、これから重要となる技術だと言えます。
 技術者として非常に興味深いのは、ブックマークと宣言型データフロープログラミングを可能とする技術基盤です。WFを技術的側面から捉えると、その正体は有限オートマトンを処理するエンジンです。WFはアクティビティオートマトンと呼ばれる、有限状態機械でアクティビティ(再開可能なプログラム)のライフサイクルを管理しています。アクティビティは、自動でパッシブ化(永続記憶に保存)され、必要な時に再アクティブ化(保存されたプログラムをメモリで再現)されます。
 重要なのはパッシブ化です。プログラムがパッシブ化される事により、何時でも何処でもプログラムを再開できます。また、アイドル時にはメモリを消費しません。WFはスレッドアジリティであり、特定のスレッドに拘束されませんから、マルチコアCPUを有効利用できます。
 他にも興味を引く要素がありますが、長くなるので今回は止めておきます。とにかく、WFは非常に興味深い技術です。WFを学習する事をお勧めします。

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インドリ

Author:インドリ
みなさん、はじめまして、
コンニチハ。

ボクは、無限の夢(infinity dream)を持つネタ好きな虹色の鳥インドリ(in dre)です。
色々な情報処理技術を啄ばむから楽しみにしてね。

http://twitter.com/indori
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