LINQ基础

Posted 2020-09-18 阿飞

一.并行LINQ
　　System.Linq名称空间中包含的类ParallelEnumerable可以分解查询的工作，使其分布在多个线程上。
　　尽管Enumerable类给IEnumerable<T>接口定义了扩展方法，但ParallelEnumerable类的大多数扩展方法是ParallerQuery<TSource>类的扩展。例如，AsParallel()方法，它扩展了IEnumerable<T>接口，返回ParallelQuery<T>类，所以正常的集合类可以以平行方式查询。

　　1.并行查询
　　下面演示并行LINQ(Parallel LINQ,PLINQ)：

//用随机值填充一个大型的int集合
        // Enumerable.Range(0, arraySize)，生成指定范围内的整数的空序列。
        //Select(x => r.Next(140)),用小于140的数填充集合
        static IEnumerable<int> SampleData()
        {
          const int arraySize = 100000000;
          var r = new Random();
          return Enumerable.Range(0, arraySize).Select(x => r.Next(140)).ToList();
        }

        static void IntroParallel()
        {
          var data = SampleData();

          var watch = new Stopwatch();

        //非并行LINQ
          watch.Start();
          var q1 = (from x in data
                    where Math.Log(x) < 4
                    select x).Average();
          watch.Stop();
          Console.WriteLine("sync {0}, result: {1}", watch.ElapsedMilliseconds, q1);

          watch.Reset();
          
          //使用data.AsParallel()进行并行LINQ
          watch.Start();
          var q2 = (from x in data.AsParallel()
                where Math.Log(x) < 4
                select x).Average();
          watch.Stop();
          Console.WriteLine("async {0}, result: {1}", watch.ElapsedMilliseconds, q2);
        }

　　输出;
　　　　
　　发现并行查询时间用的少，在并行查询时CPU利用率达到100%

　　与LINQ基础(二)（http://www.cnblogs.com/afei-24/p/6845551.html）中的LINQ查询一样，编译器会修改语法，以调用AsParallel，Where(),Select(),Average()方法：
　　var q2 = data.AsParallel().Where(x => Math.Log(x)<4).Select(x => x).Average();
　　AsParallel()方法用ParallerEnumerable类定义，以扩展IEnumerable<T>接口，所以可以对简单的数组调用它。AsParallel()方法返回ParallerQuery<T>。因为返回的类型，所以编译器选择的Where()方法是ParallerEnumerable.Where(),而不是Enumerable.Where()。
　　对于PrarllelEnumerable类，查询是分区的，以便多个线程可以同时处理该查询。集合可以分为多个部分，其中每个部分由不同的线程处理。完成分区的工作后，就需要合并，获得所有部分的总和。

　　2.分区器
　　AsParallel()方法不仅扩展了IEnumerable<T>接口，还扩展了Partitioner类。通过它可以影响要创建的分区。
　　Partitioner类用System,Collection.Concurrent名称空间定义，并且有不同的变体。Create()方法接受实现了IList<T>类的数组或对象，以及Boolean类型的参数，返回一个不同的Partitioner类型。Create()方法有多个重载版本。
　　　　var q2 = (from x in Partitioner.Create(data).AsParallel()
　　　　　　where Math.Log(x) < 4
　　　　　　　　select x).Average();

　　也可以对AsParallel()方法接着调用WithExecutionMode()和WithDegreeOfParallelism()方法，来影响并行机制。WithExecutionMode()方法可以传递ParallelExecutionMode的一个Default值或者ForceParallelism值。默认情况下，并行LINQ避免使用系统开销很高的并行机制。WithDegreeOfParallelism()方法，可以传递一个整数值，以指定应并行运行的最大任务数。如果查询不应使用全部CPU，这个方法很有用。


　　3.取消
　　要取消长时间运行的查询，可以给查询添加WithCancellation()方法，并传递一个CancellationToken令牌作为参数。CancellationToken令牌从CancellationTokenSource类中创建。
　　举个例子，下面的查询在单独的线程中运行，如果取消了查询，在该线程中捕获一个OperationCanceledException类型的异常。在主线程中，可以调用CancellationTokenSource类的Cancle()方法取消任务。

var data = SampleData();
          var watch = new Stopwatch();

          watch.Start();
          Console.WriteLine("filled array");
          var sum1 = (from x in data
                      where Math.Log(x) < 4
                      select x).Average();
          Console.WriteLine("sync result {0}", sum1);

          var cts = new CancellationTokenSource();
          
          Task.Factory.StartNew(() =>
            {
              try
              {
                var res = (from x in data.AsParallel().WithCancellation(cts.Token)
                           where Math.Log(x) < 4
                           select x).Average();
                Console.WriteLine("query finished, result: {0}", res);
              }
              catch (OperationCanceledException ex)
              {
                Console.WriteLine(ex.Message);
              }
            });
          watch.Stop();
          Console.WriteLine("async {0}, result: {1}", watch.ElapsedMilliseconds, "res");
          Console.WriteLine("query started");
          Console.Write("cancel? ");
          string input = Console.ReadLine();
          if (input.ToLower().Equals("y"))
          {
              cts.Cancel();
              Console.WriteLine("sent a cancel");
          }

          Console.WriteLine("press return to exit");
          Console.ReadLine();

　　二.表达式树
　　在LINQ To Object 中，扩展方法需要将一个委托类型作为参数，这样就可以将lambda表达式赋予参数。lambda表达式也可以赋予Expression<T>类型的参数，C#编译器根据类型给lambda表达式定义不同的行为。如果类型是Expression<T>，编译器就从lambda表达式中创建一个表达式树，并存储在程序集中。这样就可以在运行期间分析表达式树，并进行优化，以便查询数据源。
　　var racers = from r in Formula1.GetChampions()
　　　　where r.Wins > 15 && (r.Country == "Brazil" || r.Country == "Austria")
　　　　　　select r;

　　这个查询表达式使用了扩展方法Where(),Select()方法。Enumerable类定义了Where()方法，并将委托类型Func<T,bool>作为参数谓词：
　　public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(this IEnumerable<TSource> source,Func<TSource,bool> predicate);
　　这样，就可以把lambda表达式赋予委托predicate。

　　除了使用委托之外，编译器还会把表达式树放在程序集中。表达式树可以在运行期间读取。表达式树从派生自抽象基类Expression的类中构建。Expression和Expression<T>不同。继承自Expression类的表达式类有BinaryExpression,ConstantExpression,InvocationExpression等。编译器会从lambda表达式中创建表达式树。
　　例如，lambda表达式r.Country == "Brazil"使用了ParameterExpression,MemberExpression,ConstantExpression,MethodCallExpression，来创建一个表达式树，并将该树存储在程序集中，之后在运行期间使用这个树，创建一个用于底层数据源的优化查询：

//DisplayTree方法在控制台上图形化的显示表达式树。其中传递一个Expression对象，并根据表达式的类型，把表达式的一些信息写到控制台上
                private static void DisplayTree(int indent, string message, Expression expression)
                {
                    string output = String.Format("{0} {1} ! NodeType: {2}; Expr: {3} ",
                          "".PadLeft(indent, \'>\'), message, expression.NodeType, expression);

                    indent++;
                    switch (expression.NodeType)
                    {
                        case ExpressionType.Lambda:
                            Console.WriteLine(output);
                            LambdaExpression lambdaExpr = (LambdaExpression)expression;
                            foreach (var parameter in lambdaExpr.Parameters)
                            {
                                DisplayTree(indent, "Parameter", parameter);
                            }
                            DisplayTree(indent, "Body", lambdaExpr.Body);
                            break;
                        case ExpressionType.Constant:
                            ConstantExpression constExpr = (ConstantExpression)expression;
                            Console.WriteLine("{0} Const Value: {1}", output, constExpr.Value);
                            break;
                        case ExpressionType.Parameter:
                            ParameterExpression paramExpr = (ParameterExpression)expression;
                            Console.WriteLine("{0} Param Type: {1}", output, paramExpr.Type.Name);
                            break;
                        case ExpressionType.Equal:
                        case ExpressionType.AndAlso:
                        case ExpressionType.GreaterThan:
                            BinaryExpression binExpr = (BinaryExpression)expression;
                            if (binExpr.Method != null)
                            {
                                Console.WriteLine("{0} Method: {1}", output, binExpr.Method.Name);
                            }
                            else
                            {
                                Console.WriteLine(output);
                            }
                            DisplayTree(indent, "Left", binExpr.Left);
                            DisplayTree(indent, "Right", binExpr.Right);
                            break;
                        case ExpressionType.MemberAccess:
                            MemberExpression memberExpr = (MemberExpression)expression;
                            Console.WriteLine("{0} Member Name: {1}, Type: {2}", output,
                               memberExpr.Member.Name, memberExpr.Type.Name);
                            DisplayTree(indent, "Member Expr", memberExpr.Expression);
                            break;
                        default:
                            Console.WriteLine();
                            Console.WriteLine("{0} {1}", expression.NodeType, expression.Type.Name);
                            break;
                    }
                }


                static void Main()
                {
                    Expression<Func<Racer, bool>> expression = r => r.Country == "Brazil" && r.Wins > 6;

                    DisplayTree(0, "Lambda", expression);

                }

　　输出：
　　

　　使用Expression<T>类型的一个例子是ADO.NET EF 和WCF数据服务的客户端提供程序。这些技术用Expression<T>参数定义了扩展方法。这样，访问数据库的LINQ提供程序就可以读取表达式，创建一个运行期间优化的查询，从数据库中获取数据。
　　后面会单独介绍表达式树的使用。

　　三.LINQ提供程序
　　.NET包含几个LINQ提供程序。LINQ提供程序为特定的数据源实现了标准的查询操作符。LINQ提供程序也许会实现比LINQ定义的更多扩展方法，但至少要实现标准操作符。LINQ To XML实现了一些专门用于XML的方法，后面会详细介绍。
　　LINQ提供程序的实现方案是根据名称空间和第一个参数的类型来选择的。实现扩展方法的类的名称空间必须是开放的，否则扩展方法就不在作用域内。在LINQ to Objects中定义的Where()方法的参数和LINQ To Entities中定义的Where()方法的参数不同：
　　　　LINQ to Objects中定义的Where()方法：
　　　　　　public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(this IEnumerable<TSource> source,Func<TSource,bool> predicate);
　　　　LINQ To Entities中定义的Where()方法：
　　　　　　public static IQueryable<TSource> Where<TSource>(this IQueryable<TSource> source,Expression<Func<TSource,bool>> predicate);
　　这两个类都在System.Linq的Syste,.Core程序集中实现。无论是用 Func<TSource,bool>传递参数，还是用Expression<Func<TSource,bool>>参数传递，lambda表达式都相同。只是编译器的行为不同，它根据source参数来选择。编译器根据其参数选择最匹配的方法。在ADO.NET EF中定义的ObjectContext类CreateQuery<T>()方法返回一个实现了IQueryable<TSource>接口的ObjectQuery<T>对象，因此EF使用Querable类的Where()方法。