一文看懂C#異步 Linq
用不好異步 LINQ，基本上就等于用不好 LINQ 了。
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LINQ 這個(gè)東西，出來(lái)很早了，寫過(guò)幾年代碼的兄弟們，或多或少都用過(guò)一些。
早期的 LINQ，主要是同步的，直到 C# 8.0 加入 IAsyncEnumerable，LINQ 才真正轉(zhuǎn)向異步。這本來(lái)是個(gè)非常好的改變，配合 System.Linq.Async 庫(kù)提供的擴(kuò)展，可以在諸如 Where、Select、GroupBy 等各種地方用到異步。
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但事實(shí)上，在我 Review 代碼時(shí)，見了很多人的代碼，并沒(méi)有按異步的規(guī)則去使用，出現(xiàn)了很多的坑。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：
static async Task<List<T>> Where<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
var filteredItems = new List<T>();
await foreach (var item in source)
{
if (predicate(item))
{
filteredItems.Add(item);
}
}
return filteredItems;
}
這樣的寫法，看著是用到了 async / await 對(duì)，但實(shí)際上并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)異步，程序依然是按照同步在運(yùn)行。換句話說(shuō)，這只是一個(gè)樣子上的異步，實(shí)際沒(méi)有任何延遲執(zhí)行的效果。
1. 延遲執(zhí)行
其實(shí)，這兒正確的寫法也挺簡(jiǎn)單，用到的就是個(gè)異步的迭代器（關(guān)于異步迭代器，如果需要了解，可以看我的另一篇推文）：
static async IAsyncEnumerable<T> Where<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
await foreach (var item in source)
{
if (predicate(item))
{
yield return item;
}
}
}
這種寫法下，編譯器會(huì)將方法轉(zhuǎn)了狀態(tài)機(jī)，并在實(shí)際調(diào)用時(shí)，才通過(guò)枚舉器返回異步枚舉項(xiàng)。
看看調(diào)用過(guò)程：
IAsyncEnumerable<User> users = ...
IAsyncEnumerable<User> filteredUsers = users.Where(User => User.Name == "WangPlus");
await foreach (User user in filteredUsers)
{
Console.WriteLine(user.Age);
}
在這個(gè)調(diào)用的例子中，在 Where 時(shí)，實(shí)際方法并不會(huì)馬上開始。只有在下面 foreach 時(shí)，才真正開始執(zhí)行 Where 方法。
延遲執(zhí)行，這是異步 LINQ 的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
2. 流執(zhí)行
流執(zhí)行，依托的也是異步迭代器。
所謂流執(zhí)行，其實(shí)就是根據(jù)調(diào)用的要求，一次返回一個(gè)對(duì)象。通過(guò)使用異步迭代器，可以不用一次返回所有的對(duì)象，而是一個(gè)一個(gè)地返回單個(gè)的對(duì)象，直到枚舉完所有的對(duì)象。
流執(zhí)行需要做個(gè)技巧性的代碼，需要用到一個(gè) C# 8.0 的新特性：局部方法。
看代碼：
static IAsyncEnumerable<T> Where<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
return Core();
async IAsyncEnumerable<T> Core()
{
await foreach (var item in source)
{
if (predicate(item))
{
yield return item;
}
}
}
}
3. 取消異步 LINQ
前面兩個(gè)小節(jié)，寫的是異步 LINQ 的執(zhí)行。
通常使用異步 LINQ 的原因，就是因?yàn)閳?zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，一般需要一段時(shí)間來(lái)完成。因此，取消異步 LINQ 就很重要。想象一下，一個(gè)長(zhǎng)的 DB 查詢已經(jīng)超時(shí)了的情況，該怎么處理？
為了支持取消，IAsyncEnumerable.GetEnumerator 本身接受一個(gè) CancellationToken 參數(shù)來(lái)中止任務(wù)，并用一個(gè)擴(kuò)展方法掛接到 foreach 調(diào)用：
CancellationToken cancellationToken = ...
IAsyncEnumerable<User> users = ...
IAsyncEnumerable<User> filteredUsers = users.Where(User => User.Name == "WangPlus");
await foreach (var User in filteredUsers.WithCancellation(cancellationToken))
{
Console.WriteLine(User.Age);
}
同時(shí)，在上面的 Where 定義中，也要響應(yīng) CancellationToken 參數(shù)：
static IAsyncEnumerable<T> Where<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
return Core();
async IAsyncEnumerable<T> Core([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default)
{
await foreach (var item in source.WithCancellation(cancellationToken))
{
if (predicate(item))
{
yield return item;
}
}
}
}
多解釋一下：在 Where 方法中，CancellationToken 只能加到局部函數(shù) Core 中，一個(gè)簡(jiǎn)單的原因是 Where 本身并不是異步方法，而且，我們也不希望從 Where 往里傳遞。想象一下：
Users.Where(xxx, cancellationToken).Select(xxx, cancellationToken).OrderBy(xxx, cancellationToken);
這樣的代碼會(huì)讓人暈死。
所以，我們會(huì)采用上面的方式，允許消費(fèi)者在枚舉數(shù)據(jù)時(shí)傳遞 CancellationToken 來(lái)達(dá)到取消異步操作的目的。
4. 處理ConfigureAwait(false)
這是另一個(gè)異步必須要注意的部分，其實(shí)就是上下文。
通常大多數(shù)的方法，我們不需要關(guān)注上下文，但總有一些需要，在等待的異步操作恢復(fù)后，需要返回到某個(gè)上下文的情況。這種情況在 UI 線程編碼時(shí)通常都需要考慮。很多人提到的異步死鎖，就是這個(gè)原因。
處理也很簡(jiǎn)單：
static IAsyncEnumerable<T> Where<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
return Core();
async IAsyncEnumerable<T> Core([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default)
{
await foreach (var item in source.WithCancellation(cancellationToken).ConfigureAwait(false))
{
if (predicate(item))
{
yield return item;
}
}
}
}
這兒也多說(shuō)兩句：按微軟的說(shuō)法，await foreach 本身是基于模式的，WithCancellation 和 ConfigureAwait 返回同樣的結(jié)構(gòu)體 ConfiguredCancelableAsyncEnumerable。這個(gè)結(jié)構(gòu)體沒(méi)有實(shí)現(xiàn) IAsyncEnumerable 接口，而是做了一個(gè) GetAsyncEnumerator 方法，返回一個(gè)具有 MoveNextAsync、Current、DisposeAsync 的枚舉器，因此可以 await foreach 。
5. 方法擴(kuò)展
上面 4 個(gè)小節(jié)，我們完成了一個(gè) Where 異步 LINQ 的全部?jī)?nèi)容。
不過(guò)，這個(gè)方法有一些限制和不足。熟悉異步的兄弟們應(yīng)該已經(jīng)看出來(lái)了，里面用了一個(gè)委托 predicate 來(lái)做數(shù)據(jù)過(guò)濾，而這個(gè)委托，是個(gè)同步的方法。
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事實(shí)上，根據(jù)微軟對(duì)異步 LINQ 的約定，每個(gè)操作符應(yīng)該是三種重載：
同步委托的實(shí)現(xiàn)，就是上面的 Where 方法；
異步委托的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)是指具有異步返回類型的實(shí)現(xiàn)，通常這種方法名稱會(huì)用一個(gè) Await 做后綴，例如：WhereAwait；
可以接受取消的異步委托的實(shí)現(xiàn)，通常這種方法會(huì)用 AwaitWithCancellation 做后綴，例如：WhereAwaitWithCancellation。
參考微軟的異步方法，基本上都是以這種結(jié)構(gòu)來(lái)命名方法名稱的。
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下面，我們也按這個(gè)方式，來(lái)做一個(gè) Where 方法的幾個(gè)重載。
WhereAwait 方法
上面說(shuō)了，這會(huì)是一個(gè)異步實(shí)現(xiàn)。所以，條件部分就不能用 Func<T, bool> 這樣的同步委托了，而需要改為 Func<T, ValueTask<bool>>。這里的 ValueTask 倒不是必須，用 Task 也可以，只不過(guò)我更習(xí)慣用 ValueTask。兩個(gè)的區(qū)別：Task 是類，有上下文，而 ValueTask 是結(jié)構(gòu)。
代碼是這樣：
static IAsyncEnumerable<T> WhereAwait<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, ValueTask<bool>> predicate)
{
return Core();
async IAsyncEnumerable<T> Core([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default)
{
await foreach (var item in source.WithCancellation(cancellationToken).ConfigureAwait(false))
{
if (await predicate(item).ConfigureAwait(false))
{
yield return item;
}
}
}
}
調(diào)用時(shí)是這樣：
IAsyncEnumerable<User> filteredUsers = users.WhereAwait(async user => await someIfFunction());
WhereAwaitWithCancellation方法
在上面的基礎(chǔ)上，又加了一個(gè)取消操作。
看代碼：
static IAsyncEnumerable<T> WhereAwaitWithCancellation<T>(this IAsyncEnumerable<T> source, Func<T, CancellationToken, ValueTask<bool>> predicate)
{
return Core();
async IAsyncEnumerable<T> Core([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default)
{
await foreach (var item in source.WithCancellation(cancellationToken).ConfigureAwait(false))
{
if (await predicate(item, cancellationToken).ConfigureAwait(false))
{
yield return item;
}
}
}
}
調(diào)用時(shí)是這樣：
IAsyncEnumerable<User> filteredUsers = users.WhereAwaitWithCancellation(async (user, token) => await someIfFunction(user, token));
6. 總結(jié)
異步 LINQ，多數(shù)是在 LINQ 的擴(kuò)展方法中使用，而不是我們通常習(xí)慣的 LINQ 直寫。
事實(shí)上，異步 LINQ 的擴(kuò)展，對(duì) LINQ 本身是有比較大的強(qiáng)化作用的，不管從性能，還是可讀性上，用多了，只會(huì)更爽。
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