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C#中几种延迟执行(Deferred Execution)的探讨

posted by 天涯海峰 on 2015-07-11 分类: net

在.NET 程序中好多地方都有延迟 Lazy 的痕迹,这一点在 Linq 中发扬广大。 .NET4.0 中又引入了 System.Lazy<T> 更加丰富了延迟的方式。

延迟主要有：延迟实例化，延迟初始化，延迟执行等。主要表达的思想是将对象延迟到使用时创建，而不是在对象实例化时创建对象，即用时才加载。这种方式有助于提高于应用程序的性能，避免浪费计算，节省内存的使用等。

Linq中的延迟

Linq中的查询，几乎都是延迟执行。

var ls=ArticleServices.GetAllArtices().Where(x => x.Id == id);
//ls只有在For-Each遍历时才真正执行where

而 List<T> .FindAll(Predicate<T> match) 获取查询结果，在表现形式和 Where 是一样的。但是 FindAll 是顺序执行。

例如：

在这里查看完整示例代码

//用FindAll获取数据
private static void LazyFindExcute()
        {
            User blogUser = new User(1);
            var list = blogUser.Articles;
            var findLs = blogUser.Articles.FindAll(x => x.Id > 1);
            list.Add(new Article { Id = 5, Title = "后添加", PublishDate = DateTime.Now });

            foreach (var item in findLs)
            {
                Console.WriteLine(item.ToString());
            }
        }
        

输入结果:

----------------Find查询不延迟执行 ------------------------
Article Initalizer
User Initializer 未使用任何
Id=2,Title=Delegate,PublishDate=2015-04-21
Id=3,Title=Event,PublishDate=2015-04-22
Id=4,Title=Thread,PublishDate=2015-04-23

用 Where 实现以上查询

 private static void LazyWhereExcute() 
        {
            User blogUser = new User(1);
            var list = blogUser.Articles;
            var whereLs = blogUser.Articles.Where(x => x.Id > 1);
            list.Add( new Article{Id=5,Title="后添加",PublishDate=DateTime.Now});

            foreach (var item in whereLs)
            {
                Console.WriteLine(item.ToString());
            }
        }

输出结果:

----------------where 延迟------------------------
Article Initalizer
User Initializer 未使用任何
Id=2,Title=Delegate,PublishDate=2015-04-21
Id=3,Title=Event,PublishDate=2015-04-22
Id=4,Title=Thread,PublishDate=2015-04-23
Id=5,Title=后添加,PublishDate=2015-07-11

执行结果显示，后添加的内容在用 linq 查询，遍历时展现结果。

为什么在 Linq 中实现了延迟呢？不放看看 Where 源码中的实现。

internal static IEnumerable<T> Where<T>(this IEnumerable<T> enumerable, Func<T, bool> where) {
            foreach (T t in enumerable) {
                if (where(t)) {
                    yield return t;
                }
            }
        }

在这里发现了 yield :

yield 关键字形成 iterator block ，便有了延迟执行的效果。大部分的 LINQ to Objects API ，也就是 Enumerable static class 上，几乎都是 IEnumerable<TSource> 基础上的扩展。

yield在 .NET 中广泛使用，利用它可以做很多很酷的事情。 C# in Depth 中对 yield从原理到应用做了很深的探究，可以查看这里。

利用 yield 实现一个延迟示例。示例中包含 User类，Article类和 ArticleServices服务类，具体代码。

public static IEnumerable<Article> GetAllArtices() 
        {
            List<Article> articles = new List<Article>
            {
                new Article{Id=1,Title="Lazy Load",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-20")},
                new Article{Id=2,Title="Delegate",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-21")},
                new Article{Id=3,Title="Event",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-22")},
                new Article{Id=4,Title="Thread",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-23")}
            };
            Console.WriteLine("文章初始化完成");
            foreach (var item in articles)
            {
                yield return item;
            }
            Console.WriteLine("Article Initalizer");
            
        }
        

在用户类中：

public  class User
    {
       public int Id { get; private set; }

        public List<Article> Articles { get; private set; }

        public IEnumerable<Article> OneArtice { get; private set; }

        public User(int id)
        {
            this.Id = id;
            Articles = ArticleServices.GetArtices();
            Console.WriteLine("User Initializer 未使用任何");
        }
        public User(int id,bool isOk)
        {        
            this.Id = id;
            //OneArtice 初始化会延迟到OneArtice调用进行
            OneArtice = ArticleServices.GetAllArtices();
            
            Console.WriteLine("User Initializer 另一种延迟");
        }
    }

System.Lazy

通过以上的代码实现了初始化的延迟。但是以上初始化的延迟耦合到了对象集合构建过程中 GetAllArtices（）。因而在 .NET4.0 中引入了 System.Lazy<T>。

**System.Lazy** 提供丰富的延迟方式。[具体查看](https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd642331\(v=vs.100\).aspx)

以下通过 Lazy改写 User 类。

public class User_lazy
    {
       public int Id { get; private set; }

        public Lazy<List<Article>> Articles { get; private set; }

        public User_lazy(int id)
        {
            this.Id = id;
            Articles =new Lazy<List<Article>>(()=>ArticleServices.GetArtices());
            Console.WriteLine("User_lazy Initializer");
        }
    }

GetArtices()将是一个自然顺序的实现。

public static List<Article> GetArtices()
    {
        List<Article> articles = new List<Article>
            {
                new Article{Id=1,Title="Lazy Load",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-20")},
                new Article{Id=2,Title="Delegate",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-21")},
                new Article{Id=3,Title="Event",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-22")},
                new Article{Id=4,Title="Thread",PublishDate=DateTime.Parse("2015-4-23")}
            };
        Console.WriteLine("Article Initalizer");
        return articles;
    }

总结

Deferred Execution在多核时代，成为了各个高级语言一个很重要特性。应用场景还是蛮多的。比如说创建一个对象，需要包含子对象，但子对象的并不需要及时初始化；比如说一个大对象中有多个子对象，比如说要优化程序的启动速度等。最常见的示例恐怕是各种 ORM 框架了。记着以后自己写访问类，记得一定要支持 Deferred Execution。

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