在.NET Core中使用Channel（一）

2023-12-11 08:31:33

我最近一直在熟悉.net Core中引入的新Channel<T>类型。我想在它第一次发布的时候我了解过它，但是有关文章非常非常少，我不能理解它们与其他队列有什么不同。

在使用了一段时间后，我终于看到了它们的吸引力和真正的力量。最值得注意的是大型异步后台操作，这些操作几乎需要双向通信来同步它们正在做的事情。这句话有点拗口，但希望在本系列文章结束时，你会清楚什么时候应该使用Channel<T>，什么时候应该使用一些更基本的东西，比如Queue<T>。

Channel是什么?

从核心来说，Channel本质上是.net中的一种新的集合类型，它与现有的Queue<T>类型非常相似，但有额外的好处。在真正尝试研究这个主题时，我发现的问题是，许多现有的外部队列技术(IBM MQ、Rabbit MQ等)都有“channel”的概念，它们的范围从完全抽象的思维过程，到系统中实际的物理类型。

现在也许我大错特错,但如果你认为.net中的Channel就好比是允许等待新消息的一个队列,并告诉生产者要保持队列越来越大,消费者无法跟上,我认为这很难出错。

这里我提到了一个关键词，生产者/消费者。你可能还听说过Pub/Sub。但它们是不可互换的。

Pub/Sub描述的是某人发布信息，一个或多个“订阅者”监听该信息并对其采取一定的响应行为。这里不存在负载平衡，因为当添加订阅服务器时，它们本质上与其他所有人获得相同消息的副本。

在图表形式中，Pub/Sub看起来有点像这样:

生产者/消费者描述生产者发布消息的行为，并且有一个或多个消费者可以对该消息进行操作，但是每个消息只读取一次。它不会分发到每个订阅者。

当然，用图表的形式:

另一种思考生产者/消费者的方式是想象你去超市结账。当顾客想结帐时，排队的队伍变长了，你可以简单地打开更多的收银台来处理这些顾客。这个小小的思考过程实际上是很重要的，因为如果你不能打开更多的收银台怎么办?排队的队伍应该越来越长吗?如果收银台操作员坐在那里，但没有顾客怎么办?他们是应该当天就打包回家呢，还是应该被告知坐着等客人来了再说。

这通常被称为生产者-消费者问题，这是Channel要解决的问题。

基础Channel示例

与Channel有关的所有东西都在System.Threading.Channels中。在以后的版本中，这似乎是与标准的.net Core项目捆绑在一起的，但如果不是，这里有一个nuget包:https://www.nuget.org/packages/System.Threading.Channels。

一个极其简单的Channel示例是这样的:

static async Task Main(string[] args)
{
    var myChannel = Channel.CreateUnbounded();

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        await myChannel.Writer.WriteAsync(i);
    }

    while (true)
    {
        var item = await myChannel.Reader.ReadAsync();
        Console.WriteLine(item);
    }
}

这里没有太多可谈的。我们创建了一个“无限的”通道(这意味着它可以容纳无限项，但在本系列的后续内容中会有更多内容)。我们写10项，读10项，在这一点上，它与我们在.net中见过的任何其他队列没有太大区别。

Channel是线程安全的

没错，通道是线程安全的。这意味着多个线程可以读写同一个通道而不会出现问题。如果我们看一下这里的Channel源代码，我们可以看到它是线程安全的，因为它使用锁和内部“队列”的组合来同步读/写器，一个接一个地读/写。

实际上，Channel的预期用例是多线程场景。例如，如果我们使用上面的基本代码，当我们实际上不需要线程安全性时，维护线程安全性实际上会有一些开销。所以在那个例子中，我们可能只使用Queue<T>更好。但是这段代码呢?

static async Task Main(string[] args)
{
    var myChannel = Channel.CreateUnbounded();

    _ = Task.Factory.StartNew(async () =>
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            await myChannel.Writer.WriteAsync(i);
            await Task.Delay(1000);
        }
    });

    while (true)
    {
        var item = await myChannel.Reader.ReadAsync();
        Console.WriteLine(item);
    }
}

在这里，我们有一个单独的线程写入消息，而我们的主线程读取消息。你会注意到有趣的事情是，我们添加了消息之间的延迟。怎么能调用ReadAsync()?没有TryDequeue或Dequeue，如果队列中没有消息，它就运行null，对吗?

答案是Channel Reader的“ReadAsync()”方法实际上会“等待”一个消息。因此，不需要在等待消息时执行一些荒谬的循环，也不需要在等待时完全阻塞线程。我们将在以后的文章中进一步讨论这个问题，但是你要知道你可以使用ReadAsync来等待新的消息，而不是编写一些自定义的代码来做同样的事情。

接下来是什么?

现在你已经掌握了基础知识，下一篇让我们看看使用Channel一些更高级的场景。

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原文链接：https://dotnetcoretutorials.com/2020/11/24/using-channels-in-net-core-part-1-getting-started/

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