如何在 C# 中使用 Channels

碼農讀書發表於2021-03-08
C#

在面對 生產者-消費者 的場景下， netcore 提供了一個新的名稱空間 System.Threading.Channels 來幫助我們更高效的處理此類問題，有了這個 Channels 存在, 生產者 和 消費者 可以各自處理自己的任務而不相互干擾，有利於兩方的併發處理，這篇文章我們就來討論下如何使用 System.Threading.Channels。

Dataflow vs Channel

在 System.Threading.Tasks.Dataflow 名稱空間下提供了一個資料流庫，主要封裝了 儲存 和 處理 兩大塊,該庫專注於 pipeline 處理，而 System.Threading.Tasks.Channels 主要專注於 儲存 這塊，從單一職責上來說，在 生產者-消費者 場景下，Channels 比 Dataflow 效能要高得多。

為什麼要使用 Channels

可以利用 Channels 來實現 生產者和消費者 之間的解耦，大體上有兩個好處：

  • 生產者 和 消費者 是相互獨立的，兩者可以並行執行。

  • 如果生產者不給力，可以建立多個的生產者，如果消費者不給力，可以建立更多的消費者。

總的來說，在 生產者-消費者 模式下可以幫助我們提高應用程式的吞吐率。

安裝 System.Threading.Channels

要想使用 Channel，需要用 nuget 引用 System.Threading.Channels 包，還可以通過 Visual Studio 2019 的 NuGet package manager 視覺化介面安裝 或者 通過 NuGet package manager 命令列工具輸入以下命令：


dotnet add package System.Threading.Channels

建立 channel

本質上來說，你可以建立兩種型別的 channel，一種是有限容量的 bound channel，一種是無限容量的 unbound channel，接下來的問題是，如何建立呢？Channels 提供了兩種 工廠方法 用於建立，如下程式碼所示：

  • CreateBounded<T> 建立的 channel 是一個有訊息上限的通道。

  • CreateUnbounded<T> 建立的 channel 是一個無訊息上限的通道。

下面的程式碼片段展示瞭如何建立 unbounded channel，並且只能存放 string 型別。


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

對了，Bounded channel 還提供了一個 FullMode 屬性，用於指定當 channel 已滿時該如何對插入的 message 進行處理，通常有四種做法。

  • Wait

  • DropWrite

  • DropNewest

  • DropOldest

下面的程式碼片段展示瞭如何在 Bounded channel 上使用 FullMode。


        static void Main(string[] args)
        {
            var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000)
            {
                FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait
            });
        }

將訊息寫入到 channel

要想將 message 寫入到 channel，可以使用 WriteAsync() 方法，如下程式碼所示:


        static async Task Main(string[] args)
        {
            var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000)
            {
                FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait
            });

            await channel.Writer.WriteAsync("Hello World!");
        }

從 channel 中讀取訊息

要想從 channel 中讀取 message，可以使用 ReadAsync(),如下程式碼所示：


        static async Task Main(string[] args)
        {
            var channel = Channel.CreateBounded<string>(new BoundedChannelOptions(1000)
            {
                FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait
            });

            while (await channel.Reader.WaitToReadAsync())
            {
                if (channel.Reader.TryRead(out var message))
                {
                    Console.WriteLine(message);
                }
            }
        }

System.Threading.Channels 例子

下面是完整的程式碼清單，展示瞭如何從 channel 中讀寫 message。


    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            await SingleProducerSingleConsumer();

            Console.ReadKey();
        }

        public static async Task SingleProducerSingleConsumer()
        {
            var channel = Channel.CreateUnbounded<int>();
            var reader = channel.Reader;
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                await channel.Writer.WriteAsync(i + 1);
            }

            while (await reader.WaitToReadAsync())
            {
                if (reader.TryRead(out var number))
                {
                    Console.WriteLine(number);
                }
            }
        }
    }

可以看到，控制檯中輸出了數字 1-10,這些數字正是 Writer 寫入到 channel 中的，對吧。

總的來說，要想使用 生產者-消費者 場景，有幾種實現途徑，比如：BlockingCollection 和 TPL Dataflow，但本篇介紹的 Channels 要比前面的兩種效能更高，關於 Channels 更多的細節，我會在未來的文章中進行討論，如果您現在想急於瞭解的話，可以參考MSDN： https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.channels?view=netcore-3.0

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譯文連結：https://www.infoworld.com/article/3445156/how-to-use-systemthreadingchannels-in-net-core.html

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