LINQ基础(三)

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接口定义了扩展方法,但ParallelEnumerable类的大多数扩展方法是ParallerQuery类的扩展。例如,AsParallel()方法,它扩展了IEnumerable接口,返回ParallelQuery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接口,所以可以对简单的数组调用它。AsParallel()方法返回ParallerQuery。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,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作为参数谓词:
  public static IEnumerable Where(this IEnumerable source,Func 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()
                {
                    Expressionbool>> expression = r => r.Country == "Brazil" && r.Wins > 6;

                    DisplayTree(0, "Lambda", expression);

                }

  输出:
  LINQ基础(三)_第1张图片

  使用Expression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 Where(this IEnumerable source,Func predicate);
    LINQ To Entities中定义的Where()方法:
      public static IQueryable Where(this IQueryable source,Expression> predicate);
  这两个类都在System.Linq的Syste,.Core程序集中实现。无论是用 Func传递参数,还是用Expression>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()方法返回一个实现了IQueryable接口的ObjectQuery对象,因此EF使用Querable类的Where()方法。

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