C# 中的异步流：高效处理序列数据

C#中的异步流（Async Streams）。异步流是C# 8.0引入的一个新特性，它允许你异步地处理序列数据，非常适合处理大量数据或长时间运行的任务。以下是一篇关于C#中异步流的文章。

引言

在现代应用程序开发中，处理大量数据或长时间运行的任务变得越来越常见。传统的同步处理方式可能会导致性能瓶颈和资源浪费。C# 8.0 引入了异步流（Async Streams）来解决这些问题。异步流允许你异步地处理序列数据，从而提高程序的响应性和性能。本文将详细介绍C#中的异步流，包括其基本概念、使用方法和应用场景。

异步流的基本概念

什么是异步流？

异步流是一种特殊的枚举类型，它允许你异步地生成和消费序列数据。异步流使用 IAsyncEnumerable<T> 接口来表示，该接口提供了一个异步版本的 GetEnumerator 方法，返回一个 IAsyncEnumerator<T> 对象。

`IAsyncEnumerable<T>` 和 `IAsyncEnumerator<T>`

IAsyncEnumerable<T>：表示一个异步枚举的集合。
IAsyncEnumerator<T>：表示一个异步枚举器，提供了异步的 MoveNextAsync 和 GetCurrent 方法。

定义和使用异步流

定义异步流

定义异步流的方法使用 async IAsyncEnumerable<T> 返回类型，并在方法体内使用 yield return 语句生成异步数据。

public async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync(int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
        yield return i;
    }
}

使用异步流

使用异步流时，可以使用 await foreach 循环来异步地遍历数据。

public class Program
{
    public static async Task Main()
    {
        await foreach (int number in GenerateNumbersAsync(10))
        {
            Console.WriteLine(number);
        }
    }

    public static async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync(int count)
    {
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
            yield return i;
        }
    }
}

应用场景

数据处理

异步流非常适合处理大量数据，特别是当数据来自网络或磁盘等外部源时。

public async IAsyncEnumerable<string> ReadLinesFromFileAsync(string filePath)
{
    using (var reader = new StreamReader(filePath))
    {
        string line;
        while ((line = await reader.ReadLineAsync()) != null)
        {
            yield return line;
        }
    }
}

public class Program
{
    public static async Task Main()
    {
        await foreach (string line in ReadLinesFromFileAsync("data.txt"))
        {
            Console.WriteLine(line);
        }
    }
}

并发处理

异步流可以与 Parallel.ForEachAsync 结合使用，实现并发处理。

public async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync(int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
        yield return i;
    }
}

public class Program
{
    public static async Task Main()
    {
        await Parallel.ForEachAsync(GenerateNumbersAsync(10), async (number, cancellationToken) =>
        {
            await ProcessNumberAsync(number);
        });
    }

    public static async Task ProcessNumberAsync(int number)
    {
        await Task.Delay(50); // 模拟异步处理
        Console.WriteLine($"Processed number: {number}");
    }
}

最佳实践

避免不必要的同步操作

在异步流中，尽量避免使用同步操作，以保持异步的优势。

处理异常

在异步流中，应该妥善处理可能出现的异常，以防止程序崩溃。

public async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync(int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        try
        {
            await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
            yield return i;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"Error generating number: {ex.Message}");
        }
    }
}

取消操作

异步流支持取消操作，可以通过传递 CancellationToken 参数来实现。

public async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync(int count, [EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();
        await Task.Delay(100, cancellationToken); // 模拟异步操作
        yield return i;
    }
}

public class Program
{
    public static async Task Main()
    {
        var cts = new CancellationTokenSource();
        cts.CancelAfter(500); // 500毫秒后取消

        try
        {
            await foreach (int number in GenerateNumbersAsync(10, cts.Token))
            {
                Console.WriteLine(number);
            }
        }
        catch (OperationCanceledException)
        {
            Console.WriteLine("Operation was canceled.");
        }
    }
}