PS: 這篇不是要和 91 打對台，只是就算看了他的文章，我還是不了解，所以我透過我的觀點來描述看看，讀者可以自由選擇要看 91 的文還是我這篇文。
延遲執行 (Deferred Execution) 是 LINQ 的重點技術之一，對於像是會存取資料庫的 Framework 或指令，如果在指令下的當下就執行的話，有可能會在下個指令存取之前就跑了，這樣可能會有時間差，或是下一個指令無法反應到結果上的問題，這個和之前在 ORM 系列文講到的 Lazy Loading (延遲載入) 不太一樣，Lazy Loading 是指已經有鍵值資料，但為了要節省查詢時間，因此只有在需要時才會載入全部的資料，而這裡的延遲執行是指說要在真正要瀏覽元素時才正式執行指令。
不過我一直很好奇的是，以下面的 LINQ 指令來說：
var query = from customer in db.Customers
where customer.City == "Paris"
select customer;
誰會是查詢的發動者？是 in？from？where？還是 select？亦或是都不發動？
依照我們前面的說明，事實上就算到了 select 也不會發動，因為查詢也有可能會複雜到這樣：
var query = from i in (from i in list
where i > 0
select i)
where i > 5
select new { i = i, s = "Greater Than 5" };
那如果是這樣的指令，應該是哪個 select 才是發動者呢？
延遲執行事實上想解決的就是這種問題，只是 LINQ 本身的算符太多太大了，所以我簡化一下，寫一個自己的 IQueryable<T> 以及 Queryable<T>：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace DefrredExecutionPrototype
{
public interface IQueryable<T>
{
T First();
T Last();
IEnumerable<T> Where(Func<T, bool> WhereClause);
IEnumerable<T> ToList();
}
}
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace DefrredExecutionPrototype
{
public class Queryable<T> : IQueryable<T>
{
private IEnumerable<T> _list = null;
public Queryable(IEnumerable<T> InitialList)
{
this._list = InitialList;
}
public T First()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
int offset = 0;
if (this._list.Count() == 0)
return default(T);
while (cursor.MoveNext())
{
if (offset == 0)
return cursor.Current;
}
return default(T);
}
public T Last()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
int offset = 0;
while (cursor.MoveNext())
{
if (offset == this._list.Count() - 1)
return cursor.Current;
offset++;
}
return default(T);
}
public IEnumerable<T> Where(Func<T, bool> WhereClause)
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
List<T> itemStore = new List<T>();
if (this._list.Count() == 0)
return new List<T>();
Console.WriteLine("Invoke query");
while (cursor.MoveNext())
{
if (WhereClause.Invoke(cursor.Current))
itemStore.Add(cursor.Current);
}
return itemStore;
}
public IEnumerable<T> ToList()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
List<T> itemStore = new List<T>();
if (this._list.Count() == 0)
return new List<T>();
while (cursor.MoveNext())
{
itemStore.Add(cursor.Current);
}
return itemStore;
}
}
}
IQueryable<T> 模擬了 First(), Last(), ToList() 和 Where() 四個指令，其中 First() 和 Last() 的實作最簡單，只是把傳入的 IEnumerable<T> 的第一個或最後一個元素回傳，而 ToList() 是將所有的資料複製到 List<T> 也不難，但有點小難的是 Where()。
public IEnumerable<T> Where(Func<T, bool> WhereClause)
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
List<T> itemStore = new List<T>();
if (this._list.Count() == 0)
return new List<T>();
Console.WriteLine("Invoke query");
while (cursor.MoveNext())
{
if (WhereClause.Invoke(cursor.Current))
itemStore.Add(cursor.Current);
}
return itemStore;
}
Where 接受一個查詢條件的引數，只是這個查詢條件是一個委派，Func<T, bool> 的意思是指會傳入一個參數 T，而回傳 bool 為結果的意思，相對於它的是 Action<T>，Action 是無傳回值的委派。在 Where 裡面會將每個 IEnumerable<T> 中的元素都丟到 WhereClause 中比對，並且只要符合的就會丟給 List<T>，這點和 ToList() 就很像。
我們的用戶端程式是這樣寫的：
List<int> list = new List<int>(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 });
IQueryable<int> query = new Queryable<int>(list);
Console.WriteLine("first: {0}, last: {1}", query.First(), query.Last());
foreach (var item in query.Where((i) => i % 2 == 0))
{
Console.WriteLine(item);
}
Console.ReadLine();
實際執行，你會發現：
"Invoke query" 是我放在 Where() 中的一個輸出字串，這樣看起來，只有 query.Where() 時才會真正發動查詢，不過我很好奇的是，它似乎不會另外找地方存，為了證實這件事，我在迴圈中加了輸出指令，然後執行，它的結果會是：
這個結果就挺令人玩味了，為什麼它會完全依照順序，而不是再次產生新的空間來巡覽呢？我就用 Reflector 展開這個程式碼，發現一件有趣的事：
這 ... 看起來不像是程式碼本身的東西，而且，在程式中還出現了一個叫做 <Where>d_0<T> 的類別：
看到 1_state ... 看來似乎結論出來了，這個由編譯器產生的類別是一個有限狀態機 (Finite State Machine) 類別，我們再展開它的 MoveNext 看看：
裡面出現了我們下的指令。
簡單的說，在每次 Where 執行時，它並不會從頭來執行，透過由編譯器產生的這個狀態機類別，在每次巡覽元素時，會檢查狀態機的狀態，同時狀態機內會保存當下的 Queryable<T> 物件，以及最後一次巡覽到的值 (this.<>2_current)，下次當巡覽要求再次呼叫時，就會由最後一次巡覽到的位置來查詢。這樣的作法可以節省巡覽時的所需要的時間和記憶體，對資料庫來說，LINQ provider 只需要在這個時候下達 SQL 指令，就能將資料取回。
透過上面的解析，能得到一個結論：LINQ 在呼叫 select 時，還是沒有引發查詢動作，真正引發查詢動作會是在 foreach，也就是 IEnumerator<T>.MoveNext()，而這個方法會被由編譯器產生的狀態機類別處理，因此開發人員通常不會感覺到，但這卻是延遲執行的精華所在。
為了證實這一點，我們在 Where() 後和 foreach 前加入一個字串 "Execute Query"：
namespace DefrredExecutionPrototype
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<int> list = new List<int>(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 });
IQueryable<int> query = new Queryable<int>(list);
Console.WriteLine("first: {0}, last: {1}", query.First(), query.Last());
var q = query.Where((i) => i % 2 == 0);
Console.WriteLine("Execute query");
foreach (var item in q)
{
Console.WriteLine(item);
}
Console.ReadLine();
}
}
}
它的執行結果會是：
"Execute query" 在 foreach 之前觸發，證明了實際的元素查詢是在 foreach 執行。
最終的 Queryable<T> 程式碼如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace DefrredExecutionPrototype
{
public class Queryable<T> : IQueryable<T>
{
private IEnumerable<T> _list = null;
public Queryable(IEnumerable<T> InitialList)
{
this._list = InitialList;
}
public T First()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
int offset = 0;
if (this._list.Count() == 0)
return default(T);
while (cursor.MoveNext())
{
if (offset == 0)
return cursor.Current;
}
return default(T);
}
public T Last()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
int offset = 0;
while (cursor.MoveNext())
{
if (offset == this._list.Count() - 1)
return cursor.Current;
offset++;
}
return default(T);
}
public IEnumerable<T> Where(Func<T, bool> WhereClause)
{
if (WhereClause == null)
throw new ArgumentNullException("WhereClause", "WHERE clause cannot be null.");
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
List<T> itemStore = new List<T>();
if (this._list.Count() == 0)
throw new InvalidOperationException("List cannot empty.");
return this.WhereImpl(WhereClause);
}
private IEnumerable<T> WhereImpl(Func<T, bool> WhereClause)
{
foreach (var item in this._list)
{
Console.WriteLine("Invoke query item: {0}", item);
if (WhereClause(item))
yield return item;
}
}
public IEnumerable<T> ToList()
{
IEnumerator<T> cursor = this._list.GetEnumerator();
List<T> itemStore = new List<T>();
if (this._list.Count() == 0)
return new List<T>();
while (cursor.MoveNext())
{
itemStore.Add(cursor.Current);
}
return itemStore;
}
}
}
Reference:
http://msmvps.com/blogs/jon_skeet/archive/2010/09/03/reimplementing-linq-to-objects-part-2-quot-where-quot.aspx
http://csharpindepth.com/Articles/Chapter6/IteratorBlockImplementation.aspx
DotBlogs Tags:
LINQ Deferred Execution
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