Cloudflare Workers 向けアプリを C# で構築する ～WASM Native AOT への道～

C# Kaigi 2026 の登壇資料

GitHub: cloudflare-workers-dotnet

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1. Cloudflare Workers 向けアプリを C# で構築する ～WASM Native AOT への道～ C# Kaigi 2026 2026/09/19 何縫ねの。
2. 自己紹介 何縫ねの。 • 所属: NTTドコモビジネス株式会社 イノベーションセンター • Microsoft MVP for Developer Technologies (2024～) • .NET / Web Development • 趣味 • C#, OSS, ドール, 一眼(α7 IV), シーシャ nenoNaninu nenoMake ブログ https://blog.neno.dev その他 https://neno.dev 1
3. OSS 紹介 Tapper https://github.com/nenoNaninu/Tapper • C# の型定義から TypeScript の型定義を生成する .NET Tool/ library • JSON / MessagePack 対応！ 属性を付与するだけ 2
4. OSS 紹介 TypedSignalR.Client https://github.com/nenoNaninu/TypedSignalR.Client • C# の SignalR Client を強く型付けするための Source Generator こんな SignalR の Hub と Receiver の interface が あったとして… Before After (using TypedSignalR.Client) 脱文字列！ 全てが強く型付け！ 3
5. OSS 紹介 MessagePack Hub Protocol 対応！ TypedSignalR.Client.TypeScript https://github.com/nenoNaninu/TypedSignalR.Client.TypeScript • TypeScript の SignalR Client を強く型付けするための .NET Tool / library Before 属性を付与するだけ！ After (using TypedSignalR.Client.TypeScript) 脱文字列！ 全てが強く型付け！ TypeScript 用の型を C# から自動生成 4
6. OSS 紹介 SignalR 版 SwaggerUI TypedSignalR.Client.DevTools https://github.com/nenoNaninu/TypedSignalR.Client.DevTools • SignalR 使ったアプリを快適に開発するための GUI を自動生成する library • 2 step で利用可能！ • http pipeline に middleware の追加 • Hub と Receiver を定義してる interface に属性を付与 • JWT 認証 サポート • パラメータのユーザ定義型サポート • JSON で入力！ 5
7. OSS 紹介 AspNetCore.SignalR.OpenTelemetry https://github.com/nenoNaninu/AspNetCore.SignalR.OpenTelemetry • トレースのための計装 • 最低限のログ Inspired by HttpLogging • 接続時 • Transport 層の情報も出力(WebSocket 等) • メソッド呼び出し時 • HubName.MethodName の素朴なログ • メソッド呼び出し毎にログのスコープを追加 • HubName, MethodName, InvocationId を 振っているのでログの検索性が向上 • Duration • 切断時 • 切断時に例外が発生していれば例外もログに出力 https://github.com/nenoNaninu/AspNetCore.SignalR.OpenTelemetry SignalR のメソッド呼び出し毎に スパンが切られるように 6
8. Cloudflare Workers とは 8
9. Cloudflare Workers とは Cloudflare が提供しているサーバーレスサービス • Cloudflare が所有するエッジ環境でアプリケーションが動かせる • 大きな特徴として、コンテナをホスティングに利用できない • コンテナではなく JavaScript / WASM をホスティングする • とにかく安い！！ 9
10. Cloudflare Workers とは Cloudflare Workers の技術的仕組み • V8 isolate で JavaScript / WASM を動かす • V8 isolate は JavaScript を実行するための VM インスタンス V8 isolate は 複数回の request で 使い回される 10
11. Cloudflare Workers とは Cloudflare Workers がサポートしている言語 11
12. Cloudflare Workers とは Cloudflare Workers がサポートしている言語 Rust は WASM にコンパイル 12
13. Cloudflare Workers とは Cloudflare Workers がサポートしている言語 Python は WASM 製の Python インタプリタ (Pyodide) で実行 Rust は WASM にコンパイル 13
14. Cloudflare Workers とは Cloudflare Workers がサポートしている言語 C# のサポートなし！ Python は WASM 製の Python インタプリタ (Pyodide) で実行 Rust は WASM にコンパイル 14
15. というわけで (?) C# で Cloudflare Workers 向け アプリケーションを書けるようにしました！ 15
16. OSS 紹介 cloudflare-workers-dotnet https://github.com/nenoNaninu/cloudflare-workers-dotnet • C# + Minimal API スタイルで Cloudflare Workers 向けアプリを記述可能！ • パッケージ名は Cloudflare.Workers.Hosting • D1, R2, KV 等の Cloudflare サービスのバインディングも提供 16
17. OSS 紹介 cloudflare-workers-dotnet の使い方 • dotnet publish すると app.wasm と index.js が出力される • wrangler.jsonc を用意 • wrangler deploy で Cloudflare Workers にデプロイ完了！ wrangler.jsonc https://github.com/nenoNaninu/cloudflare-workers-dotnet 17
18. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの 18
19. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの C# と WASM の現状 • Blazor WASM • C# が公式に WASM を利用している唯一の実例 19
20. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Blazor WASM の仕組み • WASM 製の .NET Runtime で MSIL の dll を実行 • .NET 7 まではインタプリタ • .NET 8 からは JIT コンパイルも搭載 (Jiterpreter) • 全てが JIT コンパイルされるわけではなく、基本はインタプリタ • .NET 8 以降もオプションで JIT コンパイルを切り インタプリタとして動かす事も可能 20
21. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASM console app というテンプレートが experimental で存在はする Node.js では動くが Cloudflare Workers は Node.js 環境ではないので 動くかは絶妙なところ 21
22. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Cloudflare Workers で求められる WASM • JIT コンパイルが禁じられている https://developers.cloudflare.com/workers/runtime-apis/web-standards/ 22
23. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Cloudflare Workers で求められる WASM • JIT コンパイルが禁じられている https://developers.cloudflare.com/workers/runtime-apis/web-standards/ JIT コンパイルは無理でも インタプリタなら 理屈上動かせるハズ…？ 23
24. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Cloudflare Workers で求められる WASM Instance は OK instantiate は NG 24
25. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Cloudflare Workers は色々制約が厳しい https://developers.cloudflare.com/workers/platform/limits/ 25
26. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Cloudflare Workers は色々制約が厳しい https://developers.cloudflare.com/workers/platform/limits/ 26
27. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの インタプリタで大丈夫…？ 27
28. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの 否、求められているのは WASM への NativeAOT !!! 28
29. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの しかし公式に C# を WASM へ NativeAOT する術はない…! 29
30. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの 実験的プロジェクトに目を向けると… • dotnet/runtimelab に LLVM 経由で WASM に NativeAOT する実験的プロジェクトが存在する！！ • パッケージ名は Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM https://github.com/dotnet/runtimelab/tree/feature/NativeAOT-LLVM 30
31. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの 実験的プロジェクトに目を向けると… • dotnet/runtimelab に LLVM 経由で WASM に NativeAOT する実験的プロジェクトが存在する！！ • パッケージ名は Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM https://github.com/dotnet/runtimelab/tree/feature/NativeAOT-LLVM 31
32. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM ができる事 • ブラウザ向け WASM に NativeAOT • Emscripten が必要 • WASI 向け WASM に NativeAOT • WASI SDK が必要 • WASI preview 2 をサポート 32
33. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASI とは • WebAssembly System Interface 略して WASI • ブラウザ環境以外でも WASM を動かすために生まれた仕様 • Cloudflare Workers は当然ブラウザ環境ではないので WASI 向けビルドを選択する事になる 33
34. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASI のバージョン • Preview 1 • Core WASM にのみ依存 • Preview 2 • WIT + Component Model に依存 • Preview 3 • 2026-06-11 に仕様がリリース • 非同期対応が主 34
35. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASI のバージョン • Preview 1 • Core WASM にのみ依存 • Preview 2 • WIT + Component Model に依存 Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM が サポートしているのは Preview2 • Preview 3 • 2026-06-11 に仕様がリリース • 非同期対応が主 35
36. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASI のバージョン • Preview 1 V8 は Core WASM にしか 対応していない • Core WASM にのみ依存 • Preview 2 • WIT + Component Model に依存 Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM が サポートしているのは Preview2 • Preview 3 • 2026-06-11 に仕様がリリース • 非同期対応が主 36
37. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの WASI のバージョン • Preview 1 V8 は Core WASM にしか 対応していない • Core WASM にのみ依存 • Preview 2 • WIT + Component Model に依存 故に Cloudflare Workers で 動作するのは WASI Preview1 Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM が サポートしているのは Preview2 • Preview 3 • 2026-06-11 に仕様がリリース • 非同期対応が主 37
38. C# と WASM の現状と Cloudflare Workers が求めるもの ぐぬぬ 38
39. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 39
40. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする https://github.com/bytecodealliance/jco 40
41. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする jco を使えば Preview2 の .wasm から Component Model を排除して Core WASM のみの .wasm を作れる https://github.com/bytecodealliance/jco 41
42. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする jco を使えば Preview2 の .wasm から Component Model を排除して Core WASM のみの .wasm を作れる import を jco が自動マッピングするが Node.js 向け https://github.com/bytecodealliance/jco 42
43. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする jco を使えば Preview2 の .wasm から Component Model を排除して Core WASM のみの .wasm を作れる import を jco が自動マッピングするが Node.js 向け https://github.com/bytecodealliance/jco Cloudflare Workers で動くの？ 43
44. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする 単純に依存を 増やす事になるので 渋い jco を使えば Preview2 の .wasm から Component Model を排除して Core WASM のみの .wasm を作れる import を jco が自動マッピングするが Node.js 向け https://github.com/bytecodealliance/jco Cloudflare Workers で動くの？ 44
45. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする 取れる選択肢 • なんとか WASI Preview 1 向けにビルドする こちらが望ましい • なんとか WASI Preview 2 向けにビルドされた WASM を V8 で動かせるようにする 単純に依存を 増やす事になるので 渋い jco を使えば Preview2 の .wasm から Component Model を排除して Core WASM のみの .wasm を作れる import を jco が自動マッピングするが Node.js 向け https://github.com/bytecodealliance/jco Cloudflare Workers で動くの？ 45
46. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする Preview 1 でビルドするためには？ • WASM へビルドする際には WASI SDK 同梱の clang を使う • clang を叩く際に –target で制御可能 46
47. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする Preview 1 でビルドするためには？ • WASM をビルドする際には WASI SDK 同梱の clang を使う • clang を叩く際に –target で制御可能 という事は、ビルドプロセスを定義している MSBuild のファイル内に何かあるハズ 47
48. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM のビルドプロセスに介入する • Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM が定義している MSBuild の .target ファイルを眺めてみる コレ！ https://github.com/dotnet/runtimelab/blob/feature/NativeAOT-LLVM/src/coreclr/nativeaot/BuildIntegration/Microsoft.NETCore.Native.targets 48
49. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする Microsoft.DotNet.ILCompiler.LLVM のビルドプロセスに介入する • IlcLlvmTarget はビルドプロセスの途中で設定される • そのため、素朴に csproj の PropertyGroup で設定するのではなく、 IlcLlvmTarget に wasm32-unknown-wasip2 が設定された後に wasm32-unknown-wasip1 で上書きする必要がある https://github.com/nenoNaninu/cloudflare-workers-dotnet/blob/main/src/Cloudflare.Workers.Hosting/build/Cloudflare.Workers.Hosting.targets 49
50. Cloudflare Workers で動く WASM にビルドする ここまでで無事に WASI Preview1 向けビルドが実現 50
51. ライブラリの API と WASM 事情 51
52. ライブラリの API と WASM 事情 ライブラリが提供する API • Minimal API スタイルにしたい 52
53. ライブラリの API と WASM 事情 ライブラリが提供する API • Minimal API スタイルにしたい Top-level statement を使う以上 OutputType が Exe である必要がある 53
54. ライブラリの API と WASM 事情 Cloudflare Workers が HTTP リクエストの処理をキックする仕組み • JavaScript の fetch が呼び出される • Socket で listen しているとかではない • Main で起動して動かしっぱなしにしているとかではない fetch 内で WASM の instance を立ち上げて WASM に実装されているメソッドを呼び出す https://developers.cloudflare.com/workers/runtime-apis/handlers/fetch/ 54
55. ライブラリの API と WASM 事情 WASI には 2 種類ある (Preview1 の場合) • Command (exe) • _start() が export される • _start() は引数なし、返り値なし • _start() 終了後は、その instance からexport されている メソッドを叩いてはいけない • Reactor (lib) • _initialize() が export される • _initialize() を呼び出し終えたら instance から export されているメソッドを自由に叩いてよい https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/d8b286c697364d8bc4daf1820b25a9159de364a3/design/application-abi.md 55
56. ライブラリの API と WASM 事情 WASI には 2 種類ある (Preview1 の場合) • Command (exe) • _start() が export される • _start() は引数なし、返り値なし • _start() 終了後は、その instance からexport されている メソッドを叩いてはいけない • Reactor (lib) Cloudflare Workers 的には こちらが望ましい • _initialize() が export される • _initialize() を呼び出し終えたら instance から export されているメソッドを自由に叩いてよい https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/d8b286c697364d8bc4daf1820b25a9159de364a3/design/application-abi.md 56
57. ライブラリの API と WASM 事情 WASI には 2 種類ある (Preview1 の場合) • Command (exe) • _start() が export される • _start() は引数なし、返り値なし • _start() 終了後は、その instance からexport されている メソッドを叩いてはいけない • Reactor (lib) Cloudflare Workers 的には こちらが望ましい しかし C# 側で top-level statements 使いたい… • _initialize() が export される • _initialize() を呼び出し終えたら instance から export されているメソッドを自由に叩いてよい https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/d8b286c697364d8bc4daf1820b25a9159de364a3/design/application-abi.md 57
58. ライブラリの API と WASM 事情 WASI には 2 種類ある (Preview1 の場合) • Command (exe) • _start() が export される • _start() は引数なし、返り値なし • _start() 終了後は、その instance からexport されている メソッドを叩いてはいけない • Reactor (lib) Cloudflare Workers 的には こちらが望ましい 加えて 非同期に 対応するには Reactor にするしかない (後述) しかし C# 側で top-level statements 使いたい… • _initialize() が export される • _initialize() を呼び出し終えたら instance から export されているメソッドを自由に叩いてよい https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/d8b286c697364d8bc4daf1820b25a9159de364a3/design/application-abi.md 58
59. ライブラリの API と WASM 事情 C# の OutputType は Exe, WASM は Reactor にしたいのですが… • できます！！！ https://github.com/dotnet/runtimelab/blob/feature/NativeAOT-LLVM/src/coreclr/nativeaot/BuildIntegration/Microsoft.NETCore.Native.targets 59
60. ライブラリの API と WASM 事情 ここまでで理想的な形で WASI Preview1 向けビルドが実現 60
61. WASM における Interop 事情 61
62. WASM における Interop 事情 最終的な JavaScript のイメージ (あくまでイメージ) 62
63. WASM における Interop 事情 最終的な JavaScript のイメージ (あくまでイメージ) V8 isolates は 複数リクエストで 使い回されるので WASM の instance はキャッシュ 63
64. WASM における Interop 事情 最終的な JavaScript のイメージ (あくまでイメージ) V8 isolates は 複数リクエストで 使い回されるので WASM の instance はキャッシュ リクエストを実際に処理するための WASM 側のエントリーポイント 64
65. WASM における Interop 事情 最終的な JavaScript のイメージ (あくまでイメージ) V8 isolates は 複数リクエストで 使い回されるので WASM の instance はキャッシュ リクエストを実際に処理するための WASM 側のエントリーポイント どうやって C# から WASM 側に export するか？ 65
66. WASM における Interop 事情 C# のメソッドを WASM で export する 66
67. WASM における Interop 事情 C# のメソッドを WASM で export する UnmanagedCallersOnly をつける事で export 可能 67
68. WASM における Interop 事情 C# のメソッドを WASM で export する 引数は全て int UnmanagedCallersOnly をつける事で export 可能 68
69. WASM における Interop 事情 Interop どうするの？ C# のメソッドを WASM で export する 引数は全て int UnmanagedCallersOnly をつける事で export 可能 69
70. WASM における Interop 事情 Interop の前に WASM Core の仕様 • 4 種類の primitive type しか存在しない • i32 / i64 / f32 / f64 • WASM では Linear memory というところでメモリ管理する • Primitive type 以外は全て Linear memory を介してやりとりする必要がある 70
71. WASM における Interop 事情 Interop 例: JavaScript 側から文字列 (not primitive) を取得する C# 71
72. WASM における Interop 事情 Interop 例: JavaScript 側から文字列 (not primitive) を取得する C# JavaScript 72
73. WASM における Interop 事情 Interop 例: JavaScript 側から文字列 (not primitive) を取得する C# instance.exports.memory.buffer が Linear memory のバッファ JavaScript 73
74. WASM における Interop 事情 Interop 例: JavaScript 側から文字列 (not primitive) を取得する C# instance.exports.memory.buffer が Linear memory のバッファ JavaScript C# 側で取得したポインタがそのまま Linear memory のバッファの インデックスとなる 74
75. WASM における Interop 事情 C# から JavaScript のメソッドを呼ぶ C# JavaScript 75
76. WASM における Interop 事情 C# から JavaScript のメソッドを呼ぶ C# DllImport + WasmImportLinkage を設定 JavaScript 76
77. WASM における Interop 事情 C# から JavaScript のメソッドを呼ぶ C# DllImport + WasmImportLinkage を設定 JavaScript Instance を new する時に バインド先を設定する 77
78. 非同期対応 78
79. 非同期対応 非同期どうする？ • WASM のメソッドは同期 (WASI Preview1) • C# 側では非同期を実現する必要がある ハンドラーは当然ながら 非同期が発生する 79
80. 非同期対応 非同期は C# (WASM) 側と JavaScript 側を行き来させる • await できるものは基本的に JavaScript 側の Promise • WASM はシングルスレッドなので元より Task.Run とか使えない • C# 側からは Promise が完了したら呼び出される continuation を用意 • それを JavaScript 側に continuation を登録 • そして制御を JavaScript 側に戻す • JavaScript は Promise が完了したら WASM から export されているメソッドを呼び出し WASM 内で continuation を発火させる 80
81. 非同期対応 非同期は C# (WASM) 側と JavaScript 側を行き来させる • await できるものは基本的に JavaScript 側の Promise • WASM はシングルスレッドなので元より Task.Run とか使えない • C# 側からは Promise が完了したら呼び出される continuation を用意 • それを JavaScript 側に continuation を登録 • そして制御を JavaScript 側に戻す C# (WASM) と JavaScript を 行き来するので Reactor である必要がある • JavaScript は Promise が完了したら WASM から export されているメソッドを呼び出し WASM 内で continuation を発火させる 81
82. 非同期対応 C# 側で Suspend が発生した時点で JavaScript 側に戻す 82
83. 非同期対応 C# 側で Suspend が発生した時点で JavaScript 側に戻す 83
84. 非同期対応 C# 側で Suspend が発生した時点で JavaScript 側に戻す await しない 84
85. 非同期対応 非同期 await が生じたタイミングで continuation を用意する 85
86. 非同期対応 非同期 await が生じたタイミングで continuation を用意する 86
87. 非同期対応 非同期 await が生じたタイミングで continuation を用意する 87
88. 非同期対応 非同期 await が生じたタイミングで continuation を用意する Promise を待機させる タイミングで continuationId を発行して Promise に登録 88
89. 非同期対応 Promise が完了した時点で C# (WASM) 側を呼び出す JavaScript C# 89
90. 非同期対応 Promise が完了した時点で C# (WASM) 側を呼び出す JavaScript 前述の AwaitPromise で登録した continuation を発火 C# 90
91. まとめ 91
92. まとめ cloudflare-workers-dotnet を公開しました！ • C# で Cloudflare Workers 向けアプリを構築できるように！！ • 最低限必要なものは一式実装済みしかし Cloudflare の膨大なサービス全てのバインドを提供するには至らず… • 流石に物量が凄い • D1 も最低限のバインディングは提供しているが全 API には至っていない • Future work • Microsoft.Extensions 系資産の統合 Interop は全て public なので ライブラリユーザが 自前実装可能なものの流石に面倒… • Future work https://github.com/nenoNaninu/cloudflare-workers-dotnet 92
93. cloudflare-workers-dotnet を用いて C# で Cloudflare Workers 向け アプリケーションを構築しよう！ https://github.com/nenoNaninu/cloudflare-workers-dotnet