はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Node.jsで非同期処理を扱う際に、「複数の処理を同時に実行したい」「処理の完了を効率的に待ちたい」と感じている開発者の方々を対象としています。特に、APIからのデータ取得、データベース操作、ファイルI/Oなど、時間がかかる処理が複数ある場合に、その実行効率を改善したいとお考えの方に役立つ内容となっています。

この記事を読むことで、Node.jsにおける非同期処理の基本から、async/await構文を使ったより直感的で分かりやすいコードの書き方、そしてPromise.allを活用して複数の非同期処理を並列実行し、全体の処理時間を短縮する方法を具体的に理解できます。これにより、より高速で応答性の高いアプリケーション開発が可能になります。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 * Node.jsの基本的な開発環境が整っていること * JavaScriptの基本的な文法（関数、変数、オブジェクトなど） * コールバック関数やPromiseの基本的な概念

非同期処理の基本と課題：なぜ並列実行が必要なのか

Node.jsは、そのイベントループとノンブロッキングI/Oモデルにより、非同期処理を得意としています。しかし、複数の非同期処理を逐次的に実行すると、全体の処理時間が長くなってしまうという課題があります。例えば、3つのAPIからデータを取得する場合、それぞれのAPIリクエストが完了するのを順番に待つと、3つのリクエストにかかる時間の合計が実行時間となります。

Javascript

// 逐次実行の例（イメージ）
function fetchUserData() {
    return new Promise((resolve) => setTimeout(() => resolve("User Data"), 1000));
}

function fetchProductData() {
    return new Promise((resolve) => setTimeout(() => resolve("Product Data"), 1500));
}

function fetchOrderData() {
    return new Promise((resolve) => setTimeout(() => resolve("Order Data"), 1200));
}

async function processSequentially() {
    console.log("Fetching user data...");
    const userData = await fetchUserData();
    console.log(userData);

    console.log("Fetching product data...");
    const productData = await fetchProductData();
    console.log(productData);

    console.log("Fetching order data...");
    const orderData = await fetchOrderData();
    console.log(orderData);

    console.log("All data fetched sequentially.");
}

processSequentially();
// この場合、合計で 1000ms + 1500ms + 1200ms = 3700ms 程度かかります。

このように、各非同期処理が互いに独立している場合、それらを順番に待つのは非効率です。これらの処理が完了するまでの時間を、それぞれの処理の最大実行時間まで短縮できれば、アプリケーションのパフォーマンスは劇的に向上します。この課題を解決するために、async/awaitとPromise.allを組み合わせた並列実行が有効となります。

Async/AwaitとPromise.allによる複数処理の並列実行

Async/Awaitによる非同期処理の可読性向上

async/awaitは、Promiseベースの非同期処理を、あたかも同期処理のように直感的に記述できる構文です。asyncキーワードを付けた関数は、常にPromiseを返します。そして、関数内でawaitキーワードを使うと、Promiseが解決されるまで処理を一時停止し、解決された値を受け取ることができます。

Javascript

async function greet(name) {
  return `Hello, ${name}!`;
}

async function callGreet() {
  const message = await greet("World");
  console.log(message); // "Hello, World!"
}

callGreet();

async/awaitを使うことで、Promiseのチェーン (.then().then()) を追う必要がなくなり、コードが読みやすく、保守しやすくなります。

Promise.allによる並列実行

Promise.all()は、複数のPromiseオブジェクトを引数に取り、それらすべてが成功した場合にのみ解決される新しいPromiseを返します。引数として渡されたPromiseの配列のうち、いずれか一つでも拒否（reject）された場合、Promise.all()も直ちに拒否されます。

Promise.all()の利点は、引数で渡されたPromiseの実行が「並列」で行われることです。これにより、各Promiseの完了を待つのではなく、すべてのPromiseが完了するまでを待つことができます。

具体的な実装例

先ほどの逐次実行の例を、Promise.allとasync/awaitを使って並列実行するように書き換えてみましょう。

Javascript

// 上記で定義した fetchUserData, fetchProductData, fetchOrderData 関数はそのまま使用

async function processInParallel() {
    console.log("Fetching data in parallel...");

    // 複数のPromiseを配列としてPromise.allに渡す
    const [userData, productData, orderData] = await Promise.all([
        fetchUserData(),
        fetchProductData(),
        fetchOrderData()
    ]);

    console.log("User Data:", userData);
    console.log("Product Data:", productData);
    console.log("Order Data:", orderData);

    console.log("All data fetched in parallel.");
}

processInParallel();
// この場合、最も時間のかかる Promise.all([fetchUserData(), fetchProductData(), fetchOrderData()])
// の実行時間（ここでは1500ms）＋ α で完了します。
// 逐次実行の3700msと比較して大幅な短縮になります。

このコードでは、fetchUserData()、fetchProductData()、fetchOrderData()が同時に開始され、すべての処理が完了するのをawait Promise.all([...])で待ちます。結果は、元のPromiseの配列の順序に対応した配列として返されます。 destructuring assignment（分割代入）を使うことで、各結果を個別の変数に分かりやすく代入できます。

エラーハンドリング

Promise.allでは、いずれかのPromiseがrejectされた場合、Promise.all全体もrejectされます。このエラーを捕捉するには、try...catchブロックを使用します。

Javascript

async function processWithErrorHandler() {
    try {
        console.log("Fetching data with error handling...");
        const [userData, productData, orderData] = await Promise.all([
            fetchUserData(),
            // エラーを発生させるダミー関数（例）
            new Promise((_, reject) => setTimeout(() => reject(new Error("Failed to fetch product data")), 1300)),
            fetchOrderData()
        ]);

        console.log("User Data:", userData);
        console.log("Product Data:", productData); // ここは実行されない
        console.log("Order Data:", orderData);     // ここは実行されない

    } catch (error) {
        console.error("An error occurred during parallel fetching:", error.message);
        // エラー発生時の代替処理や、部分的に取得できたデータをどう扱うかをここで定義します。
    } finally {
        console.log("Parallel fetching process finished.");
    }
}

processWithErrorHandler();

この例では、fetchProductDataの代わりにエラーを発生させるPromiseを渡しています。Promise.allは、そのエラーを捕捉してcatchブロックに処理を移します。

どのような場合に並列実行が有効か

  • 複数のAPIエンドポイントからのデータ取得: ユーザー情報、商品リスト、注文履歴など、それぞれ独立したAPIからデータを取得する場合。
  • 複数のデータベースクエリ実行: 異なるテーブルやコレクションへのクエリを同時に実行する場合。
  • 複数のファイル読み込み・書き込み: 複数のファイルを並行して処理する場合。
  • 外部サービスとの連携: 複数の外部サービスにリクエストを送信し、その結果を待つ場合。

注意点: * 依存関係のある処理: ある処理の結果が次の処理の入力となるような、依存関係のある処理をPromise.allで並列実行することはできません。その場合は、逐次実行するか、より高度なPromise管理（例: Promise.raceやカスタムロジック）を検討する必要があります。 * リソースの過負荷: 同時に大量の非同期処理を開始すると、サーバーやネットワークに過負荷をかける可能性があります。処理する数には上限を設けるなどの配慮が必要です。

まとめ

本記事では、Node.jsにおける非同期処理の効率化、特に複数の処理を同時に実行する方法について解説しました。

  • async/await を使うことで、非同期コードが同期コードのように直感的で読みやすくなることを学びました。
  • Promise.all を活用することで、複数の独立した非同期処理を並列実行し、全体の処理時間を大幅に短縮できることを理解しました。
  • エラーハンドリングの重要性や、try...catchブロックを使ったPromise.allのエラー処理方法についても触れました。

この記事を通して、皆さんはasync/awaitとPromise.allを組み合わせることで、より高速で応答性の高いNode.jsアプリケーションを開発するための強力な手段を手に入れました。今後は、これらの知識を活かして、API連携やデータ処理のパフォーマンス改善に積極的に取り組んでみてください。

参考資料