非同期

非同期処理とは？

非同期処理とは、タスク同士が互いにブロックせず、厳密な順序で完了する必要のないシステム設計手法です。あるタスクを開始し、バックグラウンドで実行しながら、他の操作を独立して進めることができます。例えば、洗濯機を回しながら食事を作るように、両方の作業が互いの完了を待たずに進行します。

Web3システムでは、非同期的な挙動が標準です。ほとんどのブロックチェーン操作は即座に完了しません。ユーザーがオンチェーン取引を送信すると、ネットワークはまず取引を伝播し、ブロックに含め、コンセンサスによって検証します。クロスチェーンのやり取りでは、独立したネットワーク間でメッセージをやり取りします。オフチェーンデータへのアクセスは、実行時ではなく、あらかじめ定められたスケジュールでオラクルの更新が到着します。これらの遅延を理解することは、ユーザーへのフィードバックのタイミングや、後続のワークフローの進行時期を判断する上で重要です。

なぜブロックチェーンで非同期処理が一般的なのか？

ブロックチェーンはネットワーク全体のコンセンサスによってデータが確定される分散型システムです。この設計はセキュリティと分散性を重視しますが、必然的に遅延を伴います。取引は、メンプールを経てブロックに含まれ、さらに追加の確認を受けて初めて確定となります。

ネットワークの一般的な指標によると、Bitcoinの平均ブロック間隔は約10分、Ethereumは約12秒ごとにブロックを生成します。必要な確認数は用途によって異なりますが、通常は1〜12ブロックです。確認数が多いほど取引の最終性とチェーン再編成への耐性が高まりますが、待ち時間も長くなります。

オフチェーン依存も非同期性を強化します。外部データをブロックチェーンに提供するオラクルは、更新間隔やフィードスケジュールで動作します。そのため、スマートコントラクトは実行時に即座に現実世界のデータを取得できず、分散型アプリケーションにさらなる非同期性が加わります。

スマートコントラクトにおける非同期処理の仕組み

スマートコントラクト内部の処理は同期的です。取引内のすべての命令は単一ブロック内で順次実行され、成功すれば即座に状態変更が適用されます。スマートコントラクトは、取引途中で外部応答を待つために実行を一時停止することはできません。

外部システムとコントラクトが連携する際に非同期的な挙動が現れます：

• イベント発行。実行後、コントラクトはイベントを発行し、オンチェーンのログとして記録します。フロントエンドやバックエンドサービスはこれらのイベントを監視し、状態変化を検知してオフチェーンの後続処理をトリガーします。
• 遅延完了パターン。オフチェーンデータが必要な場合、コントラクトはユーザーの意図や部分的な状態を記録し、外部データが利用可能になった後の取引によって処理を完了させます。

例えばレンディングプロトコルでは、資産価格は入金取引時にリアルタイムで取得されず、オラクルが定期的に価格情報を公開します。アプリケーションはこれらの更新を監視し、リスクチェックや清算、担保評価などを行います。

非同期と同期の違い

同期処理は、各ステップが完了してから次のステップが始まります。例としては、セキュリティチェックの列に並ぶことで、前のステップが終わらないと進めません。非同期処理は、待たずに進行できるため、順番を予約して呼ばれたときに戻るようなイメージです。

プロダクト設計では、取引署名や手数料計算など連続した処理が必要な場合は同期フローが最適です。確認、決済、クロスチェーン処理など待機時間が変動する場合や通知が重要な場合は非同期フローが適しています。

クロスチェーンおよびLayer 2ソリューションにおける非同期処理の現れ方

クロスチェーンシステムやLayer 2アーキテクチャでは非同期性がさらに強調されます。Layer 2ソリューションはメインチェーン外で取引を処理し、結果を定期的にオンチェーンに戻すため、追加の待機時間が発生します。

オプティミスティックロールアップでは、メインチェーンで出金が確定するまでチャレンジ期間が必要で、数日間かかることもあります。ゼロ知識ロールアップは証明生成とバッチ送信に依存し、出金時間は数分から数時間まで実装によって異なります。クロスチェーンブリッジは独立したチェーン間でメッセージをリレーするため、資産の着金は即時ではありません。

ユーザーがチェーン間やLayer 2からLayer 1に資金を移動する際は、明確に定義された非同期的な待機期間を想定する必要があります。優れたアプリケーションは、推定所要時間や進捗状況、明確なステータス更新を表示します。

dApp開発における非同期処理の対応方法

堅牢な非同期ワークフローは、スマートコントラクト、インフラサービス、ユーザーインターフェースの連携によって実現します。

ステップ1。取引を送信し、オンチェーンで操作を一意に識別する取引ハッシュを取得します。

ステップ2。ノードサブスクリプションやインデックスサービスを利用し、コントラクトイベントや状態変化を監視して実行結果を検知します。

ステップ3。ブロック確認数を追跡し、平均ブロック間隔や必要な確認数に基づいて残り時間を推定します。

ステップ4。遅延、再試行、失敗への対応。手数料不足で取引が保留されている場合は、ユーザーに置き換えを促します。クロスチェーンメッセージが遅延した場合は、エスカレーションやサポートオプションを提供します。

ステップ5。透明性のあるユーザーフィードバック。提出済み、確認待ち、完了などの状態を明確に表示し、現実的な所要時間を伝えます。

入金や出金はこれらの原則を分かりやすく示します。Gateの入金ページでは、必要なブロック確認数に達すると資金が着金します。出金依頼はオンチェーン確認と内部リスクチェックが完了するまで保留状態として表示されます。

非同期処理のリスクと管理方法

非同期システムは不確実性を伴うため、積極的な管理が必要です。

• 保留中または停滞した取引。ネットワーク混雑や手数料不足でブロックへの取り込みが遅れることがあります。対策としては適切な手数料設定や取引置き換え機能の活用があります。
• 最終性の不足。確認数が少ないとチェーン再編成のリスクが高まります。重要な送金はより多くの確認を待つべきです。
• クロスチェーン障害。ブリッジ依存が失敗や停滞を招く場合があります。進捗追跡、冗長性、手動介入ルートの確保が有効です。
• ユーザー体験の破綻。フィードバック不足は混乱やミスにつながります。継続的なステータス更新と通知でリスクを低減できます。

資金移動に関しては、必ず宛先アドレスを確認し、秘密鍵やニーモニックフレーズを絶対に開示せず、フィッシングや不正な通知に常に警戒してください。

非同期処理のまとめと今後の展望

非同期処理は、取引確認、オラクル更新、クロスチェーンメッセージング、Layer 2出金など、ほぼすべてのブロックチェーン活動の基盤です。スマートコントラクトの同期的な実行と外部プロセスの非同期的な分離を明確にすることが、信頼性とユーザー信頼のために不可欠です。ブロック時間短縮、共有シーケンサー、ブリッジ設計の改善などの進化により遅延は減少しますが、コンセンサスとセキュリティの保証には常に時間的な最終性が必要です。非同期性を前提とした設計は、堅牢なWeb3システムの根幹です。

よくある質問

非同期処理は必ずマルチスレッドですか？

いいえ。非同期処理に複数のスレッドは不要です。ある操作の完了を待たずに実行が継続することが非同期処理の本質です。シングルスレッドのイベントループでも、マルチスレッドシステムと同様に非同期ワークフローを実現できます。

非同期とは何ですか？

非同期とは、同時に発生しない、または同期していないことを意味します。コンピューティングでは、他の操作の完了を待つ間も処理が継続するシステムを指します。

非同期処理の利点は？

1. ブロックしない実行による効率向上。
2. インターフェースが応答性を維持し、ユーザー体験が向上する。
3. ブロックチェーンなど分散システムでのスループット向上。

なぜブロックチェーン取引は非同期確認が必要なのか？

取引は伝播、ブロックへの取り込み、コンセンサスによる検証を経る必要があります。これらの手順を同期的に行うと、ユーザーインターフェースが長時間フリーズします。非同期確認により、ユーザーは即座に取引IDを受け取り、最終化はバックグラウンドで進みます。

送金後にウォレットが保留表示になるのは非同期性の例ですか？

はい。保留状態は、取引が送信されたもののまだ確認されていないことを示します。ウォレットソフトウェアはブロックチェーンの状態変化を非同期で監視し、確認が完了するとステータスを更新します。