マルチスレッドアプリケーションのデバッグを始める (C#、Visual Basic、C++)

[アーティクル]
10/19/2023

Visual Studio には、マルチスレッドアプリケーションのデバッグに役立つツールとユーザーインターフェイス要素がいくつか用意されています。このチュートリアルでは、スレッドマーカー、 [並列スタック] ウィンドウ、 [並列ウォッチ] ウィンドウ、条件付きブレークポイントの使用方法と、ブレークポイントのフィルター方法について説明します。このチュートリアルを完了すると、マルチスレッドアプリケーションをデバッグするための Visual Studio の機能を理解できます。

次の 2 つの記事では、他のマルチスレッドデバッグツールの使用に関する追加情報が提供されています。

[デバッグの場所] ツールバーと [スレッド] ウィンドウの使用方法については、チュートリアル: マルチスレッドアプリケーションのデバッグに関するページを参照してください。
Task (マネージドコード) と同時実行ランタイム (C++) を使用するサンプルについては、チュートリアル: 並行アプリケーションのデバッグに関するページを参照してください。ほとんどのマルチスレッドアプリケーションの種類に適用される一般的なデバッグのヒントについては、その記事とこの記事の両方を参照してください。

最初の手順は、マルチスレッドアプリケーションプロジェクトを作成することです。

マルチスレッドアプリプロジェクトを作成する

Visual Studio を起動し、新しいプロジェクトを作成します。

スタートウィンドウが開いていない場合は、[ファイル]>[スタートウィンドウ] を選択します。

スタートウィンドウで、 [新しいプロジェクトの作成] を選択します。

[新しいプロジェクトの作成] ウィンドウで、検索ボックスに「コンソール」と入力またはタイプします。次に、[言語] の一覧から [C#] 、 [C++] 、または [Visual Basic] を選択し、[プラットフォーム] の一覧から [Windows] を選択します。

言語およびプラットフォームのフィルターを適用してから、.NET または C++ 用の [コンソールアプリ] テンプレートを選択して、[次へ] を選択します。

注意

正しいテンプレートが表示されない場合は、 [ツール]>[ツールと機能を取得...] に移動して、Visual Studio インストーラーを開きます。 [.NET デスクトップ開発] ワークロードまたは [C++ によるデスクトップ開発] ワークロードを選択し、 [変更] を選択します。

[新しいプロジェクトの構成] ウィンドウの [プロジェクト名] ボックスに「MyThreadWalkthroughApp」と入力します。次に、 [次へ] または [作成] を選択します (いずれかのオプションを使用できます)。

.NET Core または .NET 5+ プロジェクトの場合は、推奨されるターゲットフレームワークまたは .NET 8 を選択し、[作成] を選択します。

新しいコンソールプロジェクトが表示されます。プロジェクトが作成されると、ソースファイルが表示されます。選択した言語に応じて、ソースファイルの名前は Program.cs、MyThreadWalkthroughApp.cpp、Module1.vb などとなります。

ソースファイルに表示されるコードを削除し、次の更新済みコードに置き換えます。コード構成に適したスニペットを選択します。

using System;
using System.Threading;

public class ServerClass
{

    static int count = 0;
    // The method that will be called when the thread is started.
    public void InstanceMethod()
    {
        Console.WriteLine(
            "ServerClass.InstanceMethod is running on another thread.");

        int data = count++;
        // Pause for a moment to provide a delay to make
        // threads more apparent.
        Thread.Sleep(3000);
        Console.WriteLine(
            "The instance method called by the worker thread has ended. " + data);
    }
}

public class Simple
{
    public static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            CreateThreads();
        }
    }
    public static void CreateThreads()
    {
        ServerClass serverObject = new ServerClass();

        Thread InstanceCaller = new Thread(new ThreadStart(serverObject.InstanceMethod));
        // Start the thread.
        InstanceCaller.Start();

        Console.WriteLine("The Main() thread calls this after "
            + "starting the new InstanceCaller thread.");

    }
}

Imports System.Threading

Public Class ServerClass
    ' The method that will be called when the thread is started.
    Public count = 0
    Public Sub InstanceMethod()
        Console.WriteLine(
                "ServerClass.InstanceMethod is running on another thread.")

        Dim data = count + 1
        ' Pause for a moment to provide a delay to make
        ' threads more apparent.
        Thread.Sleep(3000)
        Console.WriteLine(
                "The instance method called by the worker thread has ended. " + data)
    End Sub

End Class

Public Class Simple

    Public Shared Sub Main()

        Dim ts As New ThreadStarter
        For index = 1 To 10
            ts.CreateThreads()
        Next

    End Sub

End Class
Public Class ThreadStarter
    Public Sub CreateThreads()
        Dim serverObject As New ServerClass()

        ' Create the thread object, passing in the
        ' serverObject.InstanceMethod method using a
        ' ThreadStart delegate.
        Dim InstanceCaller As New Thread(AddressOf serverObject.InstanceMethod)

        ' Start the thread.
        InstanceCaller.Start()

        Console.WriteLine("The Main() thread calls this after " _
                    + "starting the new InstanceCaller thread.")

    End Sub
End Class

// #include "pch.h" // Use with pre-compiled header
#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int count = 0;

void doSomeWork() {

    std::cout << "The doSomeWork function is running on another thread." << std::endl;
    int data = count++;
    // Pause for a moment to provide a delay to make
    // threads more apparent.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
    std::string str = std::to_string(data);
    std::cout << "The function called by the worker thread has ended. " + str<< std::endl;
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {

        threads.push_back(std::thread(doSomeWork));
        std::cout << "The Main() thread calls this after starting the new thread" << std::endl;
}

for (auto& thread : threads) {
    thread.join();
}

return 0;
}

[ファイル] メニューの [すべてを保存] をクリックします。
(Visual Basic のみ) ソリューションエクスプローラー (右ペイン) でプロジェクトノードを右クリックし、 [プロパティ] を選択します。 [アプリケーション] タブで、 [スタートアップオブジェクト] を [シンプル] に変更します。

マルチスレッドアプリをデバッグする

ソースコードエディターで、次のコードスニペットを探します。

Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine();

Thread.Sleep(3000)
Console.WriteLine()

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
std::cout << "The function called by the worker thread has ended." << std::endl;

Thread.Sleep または C++ の場合は std::this_thread::sleep_for ステートメントの左側の余白を左クリックして、新しいブレークポイントを挿入します。

余白の赤い円は、ブレークポイントがこの場所に設定されていることを示します。
[デバッグ] メニューの [デバッグの開始] (F5 キー) を選択します。

Visual Studio によってソリューションがビルドされ、デバッガーがアタッチされた状態でアプリの実行が開始されて、ブレークポイントでアプリが停止します。
ソースコードエディターで、ブレークポイントが含まれている行を探します。

スレッドマーカーを検出する

[デバッグ] ツールバーで、[ソースのスレッドを表示] ボタンを選択します。
F11 キーを 2 回押してデバッガーを進める。
ウィンドウ左端の余白に注目します。この行では、2 本の撚糸に似た "スレッドマーカー" アイコンに注目してください。スレッドマーカーは、スレッドが停止している位置を示します。

スレッドマーカーは、ブレークポイントによって部分的に隠されている場合があります。
スレッドマーカーの上にポインターを置きます。データヒントには、停止されている各スレッドの名前とスレッド ID 番号が表示されます。この場合、名前はおそらく <noname> になります。
スレッドマーカーを選択すると、ショートカットメニューに使用可能なオプションが表示されます。

スレッドの場所を表示する

[並列スタック] ウィンドウでは、[スレッド] ビューと (タスクベースのプログラミングの場合) [タスク] ビューを切り替えることができ、各スレッドの呼び出し履歴情報を表示できます。このアプリでは、[スレッド] ビューを使用できます。

[デバッグ]>[Windows]>[並列スタック] を選択して、 [並列スタック] ウィンドウを開きます。次のような内容が表示されます。正確な情報は、各スレッドの現在の位置、ハードウェア、プログラミング言語によって異なります。
この例では、左から右に、マネージドコードに関する次の情報が表示されています。
- 現在のスレッド (黄色の矢印) がに ServerClass.InstanceMethod が入力されました。 ServerClass.InstanceMethod にカーソルを合わせると、スレッドのスレッド ID とスタックフレームを表示できます。
- スレッド 31724 は、スレッド 20272 が所有するロックを待機しています。
- [外部コード] でメインスレッド (左側) が停止しました。[外部コードの表示] を選択すると詳細を確認できます。
この例では、左から右に、マネージドコードに関する次の情報が表示されています。
- メインスレッド (左側) は Thread.Start で停止しています。ここでは、停止ポイントはスレッドマーカーアイコンで識別されます。
- 2 つのスレッドが ServerClass.InstanceMethod に入っています。1 つは現在のスレッド (黄色の矢印) で、もう一方のスレッドは Thread.Sleep で停止しています。
- 新しいスレッド (右側) も開始していますが、ThreadHelper.ThreadStart で停止されています。
リストビューでスレッドを表示するには、[>Windows >スレッドのデバッグ] を選択します。

このビューでは、スレッド 20272 がメインスレッドであり、現在は外部コード (特に System.Console.dll) に配置されていることを簡単に確認できます。

注意

[スレッド] ウィンドウの使用方法の詳細については、「チュートリアル: マルチスレッドアプリケーションをデバッグする」を参照してください。
[並列スタック] ウィンドウまたは [スレッド] ウィンドウでエントリを右クリックし、ショートカットメニューで使用可能なオプションを表示します。

これらの右クリックメニューからさまざまなアクションを実行できます。このチュートリアルでは、並列ウォッチ ウィンドウ (次のセクション) でこれらの詳細について詳しく説明します。

変数にウォッチを設定する

[デバッグ]>[Windows]>[並列ウォッチ]>[並列ウォッチ 1] を選択して、 [並列ウォッチ] ウィンドウを開きます。
<Add Watch> というテキストが表示されているセル (または 4 番目の列の空のヘッダーセル) を選択し、「data」と入力します。

各スレッドのデータ変数の値がウィンドウに表示されます。
<Add Watch> というテキストが表示されているセル (または 5 番目の列の空のヘッダーセル) を選択し、「count」と入力します。

各スレッドの count 変数の値がウィンドウに表示されます。この情報がまだ表示されない場合は、F11 キーを数回押して、デバッガーでスレッドの実行を進めてください。
ウィンドウ内のいずれかの行を右クリックし、使用可能なオプションを表示します。

スレッドに対するフラグの設定と設定解除を行う

スレッドにフラグを付けることで、重要なスレッドを追跡し、他のスレッドを無視することができます。

[並列ウォッチ] ウィンドウで、Shift キーを押しながら複数の行を選択します。
右クリックして、 [フラグ] を選択します。

選択したすべてのスレッドにフラグが設定されます。これで、フィルター処理して、フラグが設定されたスレッドのみを表示できるようになります。
[並列ウォッチ] ウィンドウで、[フラグが設定されたスレッドのみを表示] ボタンを選択します。

フラグが設定されたスレッドのみが一覧に表示されます。

ヒント

いくつかのスレッドにフラグを設定したら、コードエディターでコード行を右クリックし、 [フラグが設定されたスレッドをカーソル行の前まで実行] を選択できます。フラグが設定されたすべてのスレッドが到達するコードを選択してください。 Visual Studio により選択したコード行でスレッドが一時停止されるので、スレッドを凍結および凍結解除することにより、実行の順序を簡単に制御できます。
すべてのスレッドを表示モードに戻すには、 [フラグが設定されたスレッドのみを表示] ボタンをもう一度選択します。
スレッドのフラグを解除するには、 [並列ウォッチ] ウィンドウでフラグが設定されたスレッドを 1 つ以上右クリックして、 [フラグ解除] を選択します。

スレッドの実行を凍結および凍結解除する

ヒント

スレッドを凍結および凍結解除 (一時停止と再開) して、スレッドによる処理の実行順序を制御できます。これは、デッドロックや競合状態など、同時実行の問題を解決するのに役立ちます。

[並列ウォッチ] ウィンドウですべての行を選択し、右クリックして、 [凍結] を選択します。

各行の 2 番目の列に、一時停止アイコンが表示されます。一時停止アイコンは、スレッドが凍結されていることを示します。
1 行だけを選択し、他のすべての行の選択を解除します。
行を右クリックして、 [凍結解除] を選択します。

この行の一時停止アイコンが消え、スレッドが凍結されなくなったことが示されます。
コードエディターに切り替えて、F11 キーを押します。凍結されていないスレッドだけが実行されます。

アプリで新しいスレッドがインスタンス化される場合があります。新しいスレッドはすべて、フラグを設定されておらず、凍結されていません。

条件付きブレークポイントを使用して 1 つのスレッドを追跡する

デバッガーで 1 つのスレッドの実行を追跡すると、便利な場合があります。これを行う 1 つの方法は、関心のないスレッドを凍結することです。特定のバグを再現する場合など、シナリオによっては、他のスレッドを凍結せずに 1 つのスレッドを追跡することが必要になる場合があります。他のスレッドを凍結せずにスレッドを追跡するには、関心のあるスレッド以外のコードに割り込まないようにする必要があります。これを行うには、条件付きブレークポイントを設定します。

スレッド名やスレッド ID など、さまざまな条件でブレークポイントを設定できます。スレッドごとに一意であることがわかっているデータで条件を設定すると、便利な場合があります。このアプローチは、特定のスレッドよりも特定のデータ値に関心がある場合、デバッグ時に一般的に使用されます。

前に作成したブレークポイントを右クリックし、 [条件] を選択します。
[ブレークポイント設定] ウィンドウで、条件式に「data == 5」と入力します。

ヒント

特定のスレッドの方に関心がある場合は、条件にスレッド名またはスレッド ID を使用します。これを行うには、 [ブレークポイント設定] ウィンドウで、 [条件式] ではなく [フィルター] を選択し、フィルターのヒントに従います。スレッド ID はデバッガーを再起動すると変化するため、アプリコードでスレッドに名前を付けることができます。
[ブレークポイント設定] ウィンドウを閉じます。
[再起動] ボタンを選択して、デバッグセッションを再開します。

データ変数の値が 5 になったスレッドで、コードに割り込みます。 [並列ウォッチ] ウィンドウで、現在のデバッガーコンテキストを示す黄色の矢印を探します。
これで、コードをステップオーバー (F10 キー) およびステップイン (F11 キー) して、1 つのスレッドの実行を追跡できます。

ブレークポイントの条件がスレッドに対して一意であり、デバッガーが他のスレッドで他のブレークポイントにヒットしない場合 (無効にすることが必要な場合があります)、他のスレッドに切り替えずに、コードのステップオーバーやステップインを行うことができます。

Note

デバッガーを進めると、すべてのスレッドが実行されます。ただし、他のスレッドのいずれかがブレークポイントにヒットしない限り、デバッガーが他のスレッドのコードに割り込むことはありません。

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マルチスレッドアプリをデバッグする

スレッドマーカーを検出する

スレッドの場所を表示する

変数にウォッチを設定する

スレッドに対するフラグの設定と設定解除を行う

スレッドの実行を凍結および凍結解除する

条件付きブレークポイントを使用して 1 つのスレッドを追跡する

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