Dotnet Core下的Channel, 你用了吗?
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2020-12-30 02:21
今天给大家分享一个微软官方的好东西：Channel。
前言
今天给大家分享一个微软官方的生产者/消费者方案的特性解决：Channel。
Channel在System.Threading.Channels命名空间下，Core 2.1使用时，需要从Nuget上安装。
% dotnet add package System.Threading.Channels
而在Core 3.0 preview 7开始，就直接包含在框架中了。
这是一个相对较新的特性。从Core 2.1开始加入，现在版本是5.0.0（嗯，这个版本号有点骗人，Channel的第一个版本就是4.5.0）。
Channel能做什么？
逻辑上，Channel实际就是一个高效的、线程安全的队列，支持在生产者和消费者之间传递数据。
利用Channel，通过发布和订阅，可以将生产者和消费者分开。生产者Producer负责接收请求，并写入Channel，而消费者Consumer为每个进入Channel的数据执行处理。这样做，一方面可以使生产者和消费者并行工作来提高性能，另一方面，可以通过创建更多的生产者或消费者来提高应用的吞吐量。
下面，我们以一个实际例子，来解释这个特性。
创建ChannelChannel提供了一个静态Channel类，提供了两个公开方法来创建两种类型的Channel。
CreateUnbounded - 创建一个具有无限容量的Channel。
CreateBounded - 创建一个具有有限容量的Channel。
人通常来说，这两种方式使用上没有太大的区别。实际应用中，具体要看生产和消费的速度，以及期望产生的结果。有限容量的Channel，容量是有上限的，到达上限后，可以让生产者非阻塞等待消费者使用并释放Channel容量后再继续。这种方式，好处是可以控制生产的速度，控制系统资源的使用，缺点也是。因为控制速度意味着生产速度会被限制，甚至停止。而无限容量，生产者可以全速进行生产。但也有缺点，如果消费者的消费速度低于生产者，Channel的资源使用会无限增加，会有服务器资源耗尽的可能。
今天的例子，我们使用无限Channel。
var channel = Channel.CreateUnbounded<string>();
非常简单的一行代码，就创建了一个无限容量的Channel。
我们定义这个Channel用来保存字符串对象。
创建方法是一个通用的工厂方法，所以我们可以为需要使用的任何类型的对象和数据创建Channel。
Channel有两个属性：阅读器返回ChannelReader，写入器返回ChannelWriter。
写入Channel使用写入器ChannelWriter，可以对Channel进行写入操作。ChannelWriter提供了以下几个方法：
WriteAsync - 异步写入
WaitToWriteAsync - 非阻塞等待，直到有空间可写入时或Channel关闭时，返回true/false
TryWrite - 尝试写入
Complete - 标记Channel为关闭，并不再写入数据到该Channel
TryComplete - 尝试标记Channel为关闭。
这几个方法很容易理解，就不解释了。
在本文的例子里，我用了：
await channel.Writer.WriteAsync("New message");
使用阅读器ChannelReader从Channel进行数据的读取。也提供了几个方法：
ReadAsync - 异步读取
ReadAllAsync - 异步读取Channel中的所有数据
TryRead - 尝试读取
WaitToReadAsync - 非阻塞等待，直到有数据可读取或Channel关闭时，返回true/false
不同的消费者模式，会用到不同的读取方法。这个根据经验来写就好。
本文的例子中，我是采用WaitToReadAsync和ReadAsync配合来使用的：
while (await ChannelReader.WaitToReadAsync())
{
if (ChannelReader.TryRead(out var timeString))
{
/***/
}
}
WaitToReadAsync是一个非阻塞等待，在有消息可读或Channel关闭时，才会唤醒并继续。
考虑到有多个消费者的情况，有可能别的线程已经进行了读取，这儿使用TryRead进行读取操作。
要注意：数据的同步工作是由Channel进行管理的。Channel会确保多个消费者不会读到相同的数据。Channel同时也管理数据的次序。
示例代码今天的示例代码我放到了Github上。链接是文章最后。
这个例子中，我做了三个场景。
首先是Channel。我使用了无限Channel。然后是创建生产者和消费者。数据传输过程就简单化了，生产者只简单将一个字符串写入到Channel。消费者也是，简单等待并从Channel读取数据字符串，写入控制台。
三个场景分别是：
单一生产者/单一消费者
这个例子中，创建了一个生产者和一个消费者。两者的任务都是并发启动的。
里面的延时，是用来模拟工作负载的。
多个生产者/单一消费者
这个例子中有两个生产者。通常在应用中有多个生产者时，我们需要确保生产与单个消费者所能处理的消息数量大致相当，这样能更好地利用服务器资源。
单一生产者/多个消费者
这个其实是应用中最常见的情况，就是产生消息很快，但处理工作相关较慢，而且工作也更密集。这种情况，实际应用中我们可以通过扩大消费者数量来满足生产的需求。
总结最近的项目在做一个大数据的采集，用到了一些Channel的技术。然后发现网上这部分内容很少，就做了个例子，写了这个文章。
Channel内容本身并不多，但用着很方便，而且实际应用中，比想像的更强大。它可以简化很多生产者/消费者模式的使用，而且，任务间交换数据，使用Channel会更方便，更直接。
示例代码在：https://github.com/humornif/Demo-Code/tree/master/0033/demo
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