System.IO.Pipelines库
天方 人气:0我们在编写网络程序的时候，经常会进行如下操作：
申请一个缓冲区
从数据源中读入数据至缓冲区
解析缓冲区的数据
重复第2步
表面上看来这是一个很常规而简单的操作，但实际使用过程中往往存在如下痛点：
数据读不全：
可能不能在一次read操作中读入所有需要的数据，因此需要在缓冲区中维护一个游标，记录下次读取操作的起始位置，这个游标带了了不小的复杂度：
从缓冲区读数据时，要根据游标计算缓冲区起始写位置，以及剩余空间大小。增加了读数据的复杂度。
解析数据也是复用这个缓冲区的，解析的时候也要判断游标起始位置，剩余空间大小。同时增加了解析数据的复杂度。
解析玩了后还要移动游标，重新标记缓冲区起始位置，再次增加了复杂度。
缓冲区容量有限：
由于缓冲区有限，可能申请的缓冲区不够用，需要引入动态缓冲区。这也大幅加大了代码的复杂度。
如果每次都申请更大的内存，一方面带来的内存申请释放开销，另一方面需要将原来的数据移动，并更新游标，带来更复杂的逻辑。
如果靠多段的内存组成一个逻辑整理，数据的读写方式都比较复杂。
使用完后的内存要释放，如果需要更高的效率还要维持一个内存池。
读和用没有分离
我们的业务本身只关心使用操作，但读和用操作没有分离，复杂的都操作导致用操作也变得复杂，并且严重干扰业务逻辑。
今天介绍微软新推出的一个库：System.IO.Pipelines（需要在Nuget上安装），用于解决这些痛点。它主要包含一个Pipe对象，它有一个Writer属性和Reader属性。
var pipe = new Pipe(); var writer = pipe.Writer; var reader = pipe.Reader;
Writer对象
Writer对象用于从数据源读取数据，将数据写入管道中；它对应业务中的"读"操作。
var content = Encoding.Default.GetBytes("hello world");
var data = new Memory<byte>(content);
var result = await writer.WriteAsync(data);另外，它也有一种使用Pipe申请Memory的方式
var buffer = writer.GetMemory(512); content.CopyTo(buffer); writer.Advance(content.Length); var result = await writer.FlushAsync();
Reader对象
Reader对象用于从管道中获取数据源，它对应业务中的"用"操作。
首先获取管道的缓冲区：
var result = await reader.ReadAsync(); var buffer = result.Buffer;
这个Buffer是一个ReadOnlySequence<byte>对象，它是一个相当好的动态内存对象，并且相当高效。它本身由多段Memory<byte>组成，查看Memory段的方法有：
IsSingleSegment： 判断是否只有一段Memory<byte>
First： 获取第一段Memory<byte>
GetEnumerator: 获取分段的Memory<byte>
它从逻辑上也可以看成一段连续的Memory<byte>，也有类似的方法：
Length： 整个数据缓冲区长度
Slice： 分割缓冲区
CopyTo: 将内容复制到Span中
ToArray： 将内容复制到byte[]中
另外，它还有一个类似游标的位置对象SequencePosition，可以从其Position相关函数中使用，这里就不多介绍了。
这个缓冲区解决了"数据读不够"的问题，一次读取的不够下次可以接着读，不用缓冲区的动态分配，高效的内存管理方式带来了良好的性能，好用的接口是我们能更关注业务。
获取到缓冲区后，就是使用缓冲区的数据
var data = buffer.ToArray();
使用完后，告诉PIPE当前使用了多少数据，下次接着从结束位置后读起
reader.AdvanceTo(buffer.GetPosition(4));
这是一个相当实用的设计，它解决了"读了就得用"的问题，不仅可以将不用的数据下次再使用，还可以实现Peek的操作，只读但不改变游标。
交互
除了"读"和"用"操作外，它们之间还需要一些交互，例如：
读过程中数据源不可用，需要停止使用
使用过程中业务结束，需要中止数据源。
Reader和Writer都有一个Complete函数，用于通知结束：
reader.Complete(); writer.Complete();
在Writer写入和Reader读取时，会获得一个结果
FlushResult result = await writer.FlushAsync(); ReadResult result = await reader.ReadAsync();
它们都有一个IsComplete属性，可以根据它是否为true判断是否已经结束了读和写的操作。
取消
在写入和读取的时候，也可以传入一个CancellationToken，用于取消相应的操作。
writer.FlushAsync(CancellationToken.None); reader.ReadAsync(CancellationToken.None);
如果取消成功，对应的Result的IsCanceled则为true（没有验证过）
到此这篇关于C#高效IO库System.IO.Pipelines的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。
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