C#.NET 拾遗补漏之理解 C# 中的异步流

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在阅读本文前，建议先阅读本系列的上一篇文章『理解 yield 关键字』。我们知道，使用 C# 的 yield 关键字可以实现一个迭代器(Iterator)，使用 async/await 关键字可以实现一个异步方法。异步流(Asynchronous Stream)就是这两种功能的结合体，它实现了以异步的方式生成和消费一组数据系列的迭代器。

异步流的支持主要建立在 C# 8 引入的两个接口上：

public interface IAsyncEnumerable<out T> 
{ 
    IAsyncEnumerator GetAsyncEnumerator (...); 
} 
public interface IAsyncEnumerator<out T>: IAsyncDisposable 
{ 
    T Current { get; } 
    ValueTask MoveNextAsync(); 
} 

所以理解了上一篇我们讲的 yield 关键字，就很容易理解异步流，它只是在原来的基础上支持通过 yield return 返回异步得到的一系列结果值而已。从序列中获取每个元素的行为(MoveNextAsync)是一个异步操作，元素是以零散的方式到达，这就形成了所谓的“异步流”(比如视频流中的数据)。

这里 IAsyncEnumerator 接口的 ValueTask 是 Task 类型轻量化的封装，它是结构类型(值类型)。使用方式与 Task 相似，但它在同步完成任务或返回立即可用的结果时(这在列举序列时会经常发生)，可以避免不必要的内存开销，比 Task 更高效。

在上一篇文章中的 Fibonacci 方法中，Thread.Sleep(1000) 用来模拟一个耗时操作，它是“同步”的：

IEnumerable<int> Fibonacci(int count) 
{ 
    int prev = 1; 
    int curr = 1; 
    for (int i = 0; i < count; i++) 
    { 
        yield return prev; 
        Thread.Sleep(1000); 
        int temp = prev + curr; 
        prev = curr; 
        curr = temp; 
    } 
} 

为了提高程序执行效率，我们很有可能需要把 Thread.Sleep(1000) 改成“异步”的。如果使它生成异步的数据流，该怎么做呢?这就需要同时用到迭代器和异步方法了，也就是说方法中要同时使用 yield return 和 async/await 关键字。要支持这一特性，就要使用 IAsyncEnumerable 作为方法的返回类型。于是，前文的 Fibonacci 方法可以这样改造：

async IAsyncEnumerable<int> FibonacciAsync(int count) 
{ 
    int prev = 1; 
    int curr = 1; 
    Random r = new(); 
    for (int i = 0; i < count; i++) 
    { 
        yield return prev; 
        await Task.Delay(1000); 
        int temp = prev + curr; 
        prev = curr; 
        curr = temp; 
    } 
} 

不同的是，这个方法允许调用者以异步的方式消费它生成的数字系列，换句话说就是使用 await foreach 来遍历消费这个方法的返回结果(IAsyncEnumerable)，如下所示：

await foreach (var n in FibonacciAsync(10)) 
    Console.Write("{0} ", n); 

但，如果要在 LINQ 查询语句中消费异步流，需要先引入 System.Linq.Async NuGet 包，除此之外，使用方式没有差别：

IAsyncEnumerable<int> query = 
    from i in FibonacciAsync(10) 
    where i % 2 == 0 
    select i * 10; 
 
await foreach (var number in query) 
    Console.WriteLine(number); 

另外，在 ASP.NET Core 的 Action 方法中也支持返回异步流，如下面示例：

[HttpGet] 
public async IAsyncEnumerable Get() 
{ 
    using var dbContext = new BookContext(); 
    await foreach (var title in dbContext.Books 
        .Select(b => b.Title) 
        .AsAsyncEnumerable()) 
    yield return title; 
} 

综上，可以看到，异步流解决了零散数据系列的异步生成和消费问题。要知道，在 C# 还没有异步流时，一组数据系列(IEnumerable)只能以整体异步的方式(Task

参考：

《C# 9.0 in a nutshell》 
https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/whats-new/tutorials/generate-consume-asynchronous-stream