我們在編寫網(wǎng)絡(luò)程序的時候，經(jīng)常會進行如下操作：

• 申請一個緩沖區(qū)

• 從數(shù)據(jù)源中讀入數(shù)據(jù)至緩沖區(qū)

• 解析緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)

• 重復(fù)第2步

表面上看來這是一個很常規(guī)而簡單的操作，但實際使用過程中往往存在如下痛點：

數(shù)據(jù)讀不全：

可能不能在一次read操作中讀入所有需要的數(shù)據(jù)，因此需要在緩沖區(qū)中維護一個游標(biāo)，記錄下次讀取操作的起始位置，這個游標(biāo)帶了了不小的復(fù)雜度：

• 從緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)時，要根據(jù)游標(biāo)計算緩沖區(qū)起始寫位置，以及剩余空間大小。增加了讀數(shù)據(jù)的復(fù)雜度。

• 解析數(shù)據(jù)也是復(fù)用這個緩沖區(qū)的，解析的時候也要判斷游標(biāo)起始位置，剩余空間大小。同時增加了解析數(shù)據(jù)的復(fù)雜度。

• 解析玩了后還要移動游標(biāo)，重新標(biāo)記緩沖區(qū)起始位置，再次增加了復(fù)雜度。

緩沖區(qū)容量有限：

由于緩沖區(qū)有限，可能申請的緩沖區(qū)不夠用，需要引入動態(tài)緩沖區(qū)。這也大幅加大了代碼的復(fù)雜度。

• 如果每次都申請更大的內(nèi)存，一方面帶來的內(nèi)存申請釋放開銷，另一方面需要將原來的數(shù)據(jù)移動，并更新游標(biāo)，帶來更復(fù)雜的邏輯。

• 如果靠多段的內(nèi)存組成一個邏輯整理，數(shù)據(jù)的讀寫方式都比較復(fù)雜。

• 使用完后的內(nèi)存要釋放，如果需要更高的效率還要維持一個內(nèi)存池。

讀和用沒有分離

我們的業(yè)務(wù)本身只關(guān)心使用操作，但讀和用操作沒有分離，復(fù)雜的都操作導(dǎo)致用操作也變得復(fù)雜，并且嚴重干擾業(yè)務(wù)邏輯。

今天介紹微軟新推出的一個庫：System.IO.Pipelines（需要在Nuget上安裝），用于解決這些痛點。它主要包含一個Pipe對象，它有一個Writer屬性和Reader屬性。

var pipe   = new Pipe();
var writer = pipe.Writer;
var reader = pipe.Reader;

Writer對象

Writer對象用于從數(shù)據(jù)源讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入管道中；它對應(yīng)業(yè)務(wù)中的"讀"操作。

var?content?=?Encoding.Default.GetBytes("hello?world");
var?data????=?new?Memory<byte>(content);
var?result??=?await?writer.WriteAsync(data);

另外，它也有一種使用Pipe申請Memory的方式

var?buffer?=?writer.GetMemory(512);
content.CopyTo(buffer);
writer.Advance(content.Length);
var?result?=?await?writer.FlushAsync();

Reader對象

Reader對象用于從管道中獲取數(shù)據(jù)源，它對應(yīng)業(yè)務(wù)中的"用"操作。

首先獲取管道的緩沖區(qū)：

var?result?=?await?reader.ReadAsync();
var?buffer?=?result.Buffer;

這個Buffer是一個ReadOnlySequence<byte>對象，它是一個相當(dāng)好的動態(tài)內(nèi)存對象，并且相當(dāng)高效。它本身由多段Memory<byte>組成，查看Memory段的方法有：

• IsSingleSegment： 判斷是否只有一段Memory<byte>

• First： 獲取第一段Memory<byte>

• GetEnumerator: 獲取分段的Memory<byte>

它從邏輯上也可以看成一段連續(xù)的Memory<byte>，也有類似的方法：

• Length： 整個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)長度

• Slice： 分割緩沖區(qū)

• CopyTo:　將內(nèi)容復(fù)制到Span中

• ToArray： 將內(nèi)容復(fù)制到byte[]中

另外，它還有一個類似游標(biāo)的位置對象SequencePosition，可以從其Position相關(guān)函數(shù)中使用，這里就不多介紹了。

這個緩沖區(qū)解決了"數(shù)據(jù)讀不夠"的問題，一次讀取的不夠下次可以接著讀，不用緩沖區(qū)的動態(tài)分配，高效的內(nèi)存管理方式帶來了良好的性能，好用的接口是我們能更關(guān)注業(yè)務(wù)。

獲取到緩沖區(qū)后，就是使用緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)

var?data?=?buffer.ToArray();

使用完后，告訴PIPE當(dāng)前使用了多少數(shù)據(jù)，下次接著從結(jié)束位置后讀起

reader.AdvanceTo(buffer.GetPosition(4));

這是一個相當(dāng)實用的設(shè)計，它解決了"讀了就得用"的問題，不僅可以將不用的數(shù)據(jù)下次再使用，還可以實現(xiàn)Peek的操作，只讀但不改變游標(biāo)。

交互

除了"讀"和"用"操作外，它們之間還需要一些交互，例如：

• 讀過程中數(shù)據(jù)源不可用，需要停止使用

• 使用過程中業(yè)務(wù)結(jié)束，需要中止數(shù)據(jù)源。

Reader和Writer都有一個Complete函數(shù)，用于通知結(jié)束：

reader.Complete();
writer.Complete();

在Writer寫入和Reader讀取時，會獲得一個結(jié)果

FlushResult?result?=?await?writer.FlushAsync();
ReadResult?result?=?await?reader.ReadAsync();

它們都有一個IsComplete屬性，可以根據(jù)它是否為true判斷是否已經(jīng)結(jié)束了讀和寫的操作。

取消

在寫入和讀取的時候，也可以傳入一個CancellationToken，用于取消相應(yīng)的操作。

writer.FlushAsync(CancellationToken.None);
reader.ReadAsync(CancellationToken.None);

如果取消成功，對應(yīng)的Result的IsCanceled則為true（沒有驗證過）

到此這篇關(guān)于C#高效IO庫System.IO.Pipelines的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。