如何在 C# 8 中使用 Channels

开发 后端
在面对 生产者-消费者 的场景下, netcore 提供了一个新的命名空间 System.Threading.Channels 来帮助我们更高效的处理此类问题,有了这个 Channels 存在, 生产者 和 消费者 可以各自处理自己的任务而不相互干扰,有利于两方的并发处理,这篇文章我们就来讨论下如何使用 System.Threading.Channels。

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 在面对 生产者-消费者 的场景下, netcore 提供了一个新的命名空间 System.Threading.Channels 来帮助我们更高效的处理此类问题,有了这个 Channels 存在, 生产者 和 消费者 可以各自处理自己的任务而不相互干扰,有利于两方的并发处理,这篇文章我们就来讨论下如何使用 System.Threading.Channels。

Dataflow vs Channel

在 System.Threading.Tasks.Dataflow 命名空间下提供了一个数据流库,主要封装了 存储 和 处理 两大块,该库专注于 pipeline 处理,而 System.Threading.Tasks.Channels 主要专注于 存储 这块,从单一职责上来说,在 生产者-消费者 场景下,Channels 比 Dataflow 性能要高得多。

为什么要使用 Channels

可以利用 Channels 来实现 生产者和消费者 之间的解耦,大体上有两个好处:

  • 生产者 和 消费者 是相互独立的,两者可以并行执行。
  • 如果生产者不给力,可以创建多个的生产者,如果消费者不给力,可以创建更多的消费者。

总的来说,在 生产者-消费者 模式下可以帮助我们提高应用程序的吞吐率。

安装 System.Threading.Channels

要想使用 Channel,需要用 nuget 引用 System.Threading.Channels 包,还可以通过 Visual Studio 2019 的 NuGet package manager 可视化界面安装 或者 通过 NuGet package manager 命令行工具输入以下命令:

  1. dotnet add package System.Threading.Channels 

创建 channel

本质上来说,你可以创建两种类型的 channel,一种是有限容量的 bound channel,一种是无限容量的 unbound channel,接下来的问题是,如何创建呢?Channels 提供了两种 工厂方法 用于创建,如下代码所示:

  • CreateBounded 创建的 channel 是一个有消息上限的通道。
  • CreateUnbounded 创建的 channel 是一个无消息上限的通道。

下面的代码片段展示了如何创建 unbounded channel,并且只能存放 string 类型。

  1. static void Main(string[] args) 
  2.        { 
  3.            var channel = Channel.CreateUnbounded<string>(); 
  4.        } 

对了,Bounded channel 还提供了一个 FullMode 属性,用于指定当 channel 已满时该如何对插入的 message 进行处理,通常有四种做法。

  • Wait
  • DropWrite
  • DropNewest
  • DropOldest

下面的代码片段展示了如何在 Bounded channel 上使用 FullMode。

  1. static void Main(string[] args) 
  2.       { 
  3.           var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000) 
  4.           { 
  5.               FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait 
  6.           }); 
  7.       } 

将消息写入到 channel

要想将 message 写入到 channel,可以使用 WriteAsync() 方法,如下代码所示:

  1. static async Task Main(string[] args) 
  2.        { 
  3.            var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000) 
  4.            { 
  5.                FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait 
  6.            }); 
  7.  
  8.            await channel.Writer.WriteAsync("Hello World!"); 
  9.        } 

从 channel 中读取消息

要想从 channel 中读取 message,可以使用 ReadAsync(),如下代码所示:

  1. static async Task Main(string[] args) 
  2.        { 
  3.            var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000) 
  4.            { 
  5.                FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait 
  6.            }); 
  7.  
  8.            while (await channel.Reader.WaitToReadAsync()) 
  9.            { 
  10.                if (channel.Reader.TryRead(out var message)) 
  11.                { 
  12.                    Console.WriteLine(message); 
  13.                } 
  14.            } 
  15.        } 

System.Threading.Channels 例子

下面是完整的代码清单,展示了如何从 channel 中读写 message。

  1. class Program 
  2.    { 
  3.        static async Task Main(string[] args) 
  4.        { 
  5.            await SingleProducerSingleConsumer(); 
  6.  
  7.            Console.ReadKey(); 
  8.        } 
  9.  
  10.        public static async Task SingleProducerSingleConsumer() 
  11.        { 
  12.            var channel = Channel.CreateUnbounded<int>(); 
  13.            var reader = channel.Reader; 
  14.            for (int i = 0; i < 10; i++) 
  15.            { 
  16.                await channel.Writer.WriteAsync(i + 1); 
  17.            } 
  18.  
  19.            while (await reader.WaitToReadAsync()) 
  20.            { 
  21.                if (reader.TryRead(out var number)) 
  22.                { 
  23.                    Console.WriteLine(number); 
  24.                } 
  25.            } 
  26.        } 
  27.    } 

可以看到,控制台中输出了数字 1-10,这些数字正是 Writer 写入到 channel 中的,对吧。

总的来说,要想使用 生产者-消费者 场景,有几种实现途径,比如:BlockingCollection 和 TPL Dataflow,但本篇介绍的 Channels 要比前面的两种性能更高,关于 Channels 更多的细节,我会在未来的文章中进行讨论,如果您现在想急于了解的话,可以参考MSDN:https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.channels?view=netcore-3.0

译文链接:https://www.infoworld.com/article/3445156/how-to-use-systemthreadingchannels-in-net-core.html

 

责任编辑:武晓燕 来源: 码农读书
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