花若 发表于 2023-9-25 17:04:53

理解并掌握C#的Channel:从使用案例到源码解读(一)

引言

在C#的并发编程中,Channel是一种非常强大的数据结构,用于在生产者和消费者之间进行通信。本文将首先通过一个实际的使用案例,介绍如何在C#中使用Channel,然后深入到Channel的源码中,解析其内部的实现机制。
使用案例一:文件遍历和过滤

在我们的使用案例中,我们需要遍历一个文件夹及其所有子文件夹,并过滤出具有特定扩展名的文件。在此,我们使用了C#的Channel来实现这个任务。
首先,我们创建了一个名为EnumerateFilesRecursively的方法,这个方法接受一个文件夹路径作为参数,并返回一个ChannelReader。这个方法中,我们创建了一个有界的Channel,然后在一个单独的任务中遍历指定的文件夹及其所有子文件夹,并将找到的每个文件的路径写入Channel。当遍历完成后,我们关闭Channel的写入端。
ChannelReader<string> EnumerateFilesRecursively(string root, int capacity = 100, CancellationToken token = default)
{
    var output = Channel.CreateBounded<string>(capacity);

    async Task WalkDir(string path)
    {
      IEnumerable<string> files = null, directories = null;
      try
      {
            files = Directory.EnumerateFiles(path);
            directories = Directory.EnumerateDirectories(path);
      }
      catch (Exception ex)
      {
            Console.WriteLine($"An error occurred: {ex.Message}");
      }

      if (files != null)
      {
            foreach (var file in files)
            {
                await output.Writer.WriteAsync(file, token);
            }
      }

      if (directories != null)
            await Task.WhenAll(directories.Select(WalkDir));
    }

    Task.Run(async () =>
    {
      await WalkDir(root);
      output.Writer.Complete();
    }, token);

    return output.Reader;
}然后,我们创建了一个名为FilterByExtension的方法,这个方法接受一个ChannelReader和一个扩展名集合作为参数,并返回一个ChannelReader。在这个方法中,我们创建了一个无界的Channel,然后在一个单独的任务中从输入的Channel中读取每个文件路径,检查其扩展名,如果满足条件,就将其转换为FileInfo并写入输出的Channel。当所有的文件都被处理后,我们关闭Channel的写入端。
ChannelReader<FileInfo> FilterByExtension(
    ChannelReader<string> input, IReadOnlySet<string> exts, CancellationToken token = default)
{
    var output = Channel.CreateUnbounded<FileInfo>();

    Task.Run(async () =>
    {
      try
      {
            await foreach (var file in input.ReadAllAsync(token).ConfigureAwait(false))
            {
                var fileInfo = new FileInfo(file);
                if (exts.Contains(fileInfo.Extension))
                  await output.Writer.WriteAsync(fileInfo, token).ConfigureAwait(false);
            }
      }
      catch (Exception ex)
      {
            Console.WriteLine($"An error occurred: {ex.Message}");
      }
      finally
      {
            output.Writer.Complete();
      }
    }, token);

    return output;
}最后,在Main方法中,我们首先调用EnumerateFilesRecursively方法,遍历指定的文件夹,并得到一个文件路径的Channel。然后,调用FilterByExtension方法,过滤出具有特定扩展名的文件,并得到一个文件信息的Channel。最后,遍历这个Channel,打印出每个文件的全路径。
var fileSource = EnumerateFilesRecursively("D:\\Program Files\\.nuget\\packages");
var sourceCodeFiles =
    FilterByExtension(fileSource, new HashSet<string> { ".json", ".map", ".dll" });

await foreach (var file in sourceCodeFiles.ReadAllAsync().ConfigureAwait(false))
{
    Console.WriteLine($"{file.FullName}");
}

Console.ReadKey();在这个例子中,可以看到无论是文件的遍历还是过滤,都是并行进行的,并且这两个任务之间通过Channel进行了解耦,使得代码更加简洁和清晰。此外,由于Channel的异步特性,我们的程序在等待数据的时候不会阻塞,从而大大提高了程序的性能和响应性。
使用案例二:Excel读取与翻译内容

在我们的使用案例中,我们需要读取Excel文件,同时将读取的内容处理,调用对应的翻译服务进行翻译,并将翻译结果打印到控制台并存储到新的Excel文件中。为此,我们定义了一个名为ExcelTranslationProvider的类。
ExcelTranslationProvider类

ExcelTranslationProvider类是一个专门处理Excel文件翻译的工具。它主要使用了.NET的Channel来处理异步数据流,从而提高了翻译的效率。以下是该类的代码:
public class ExcelTranslationProvider : TranslationProvider
{
    public static Translater Translater { get; set; } = Translater.Azure;

    public static II18NTermTranslateService TranslateService => TranslateServiceProvider.GetTranslateService(Translater);

    private static ExcelTranslationParameters translationParameters;
    public static async Task Translate(TranslationParameters parameters)
    {
      if (parameters is not ExcelTranslationParameters excelParameters)
            throw new ArgumentException("Invalid parameters for Excel translation.");
      translationParameters = excelParameters;

      var translateText = TranslateText(excelParameters.Path);
      var i = 1;
      List<TranslationDto> list = new List<TranslationDto>();
      await foreach (var text in translateText.ReadAllAsync().ConfigureAwait(false))
      {
            System.Console.WriteLine($"{i++}、" + text.TranslatText);
            list.Add(text);
      }
      await ExcelUtil.SaveAsAsync(excelParameters.SavePath, list);
    }

    private static ChannelReader<TranslationDto> TranslateText(string path)
    {
      var output = Channel.CreateUnbounded<TranslationDto>();

      _ = TranslateAndWriteToChannelAsync(path, output.Writer);

      return output.Reader;
    }

    private static async Task TranslateAndWriteToChannelAsync(string path, ChannelWriter<TranslationDto> writer)
    {
      var query = await ExcelUtil.QueryAsync<TranslationDto>(path, translationParameters.Sheet);
      var tasks = query.Select(async item =>
      {
            try
            {
                var res = await TranslateService.TranslateSync(item.Name, "en-US");
                item.TranslatText = res;
                await writer.WriteAsync(item);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Console.WriteLine($"An error occurred: {ex.Message}");
            }
      });

      await Task.WhenAll(tasks);
      writer.Complete();
    }
}

[*]Translater和TranslateService:这两个静态属性用于配置和获取翻译服务。Translater是一个枚举类型,表示可用的翻译服务提供者。默认的翻译服务是Azure。TranslateService是一个只读属性,返回一个实现了II18NTermTranslateService接口的翻译服务对象。这个对象是通过TranslateServiceProvider.GetTranslateService(Translater)方法获取的。
[*]translationParameters:用于保存翻译参数,这些参数包括源文件的路径、目标文件的路径等。
[*]Translate:这个方法首先检查传入的参数是否为ExcelTranslationParameters类型。然后,它调用TranslateText方法开始翻译过程。翻译的结果被保存在一个List列表中,然后写入到Excel文件。
[*]TranslateText:它创建了一个无界Channel,并启动了一个异步任务来进行翻译操作并将结果写入到Channel中。无界Channel是一种可以存储任意数量元素的Channel,它是通过Channel.CreateUnbounded()方法创建的。创建Channel后,这个方法返回Channel的读取端,同时启动了一个异步任务TranslateAndWriteToChannelAsync来进行翻译并将结果写入到Channel的中。
[*]TranslateAndWriteToChannelAsync:它负责从Excel文件中读取数据,进行翻译,并将翻译结果写入到Channel中。这个方法首先从Excel文件中读取数据,然后为每一条数据创建一个异步翻译任务。所有的翻译任务是并发执行的,使用了Task.WhenAll(tasks)来等待所有的翻译任务完成。完成所有的翻译任务后,这个方法调用writer.Complete()方法来表示没有更多的数据要写入到Channel中。

来源:https://www.cnblogs.com/yyfh/archive/2023/09/24/mastering-csharp-channels-part-one.html
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