LINQ to SQL异步查询

异步操作是提高Web应用程序吞吐量的重要手段，关于这方面的话题已经在前文《正确使用异步操作》中解释过了。对于大多数互联网应用来说，性能瓶颈数据库访问。换句话说，一个请求在数据库操作上所花的时间往往是最多的——并且占总时间的90%以上。因此，当Web应用程序的吞吐量因为数据库操作的阻塞而受到影响的话，我们可是尝试使用异步数据库操作来进行优化。

如果我们使用LINQ to SQL，在默认情况下是无法实现异步查询的，所有的操作都非常自然——异步是不自然的，因为它把连续的操作拆成了两段。如果理解了《在LINQ to SQL中使用Translate方法以及修改查询用SQL》一文中所提出的扩展方法，使用LINQ to SQL实现数据库的异步查询的方法应该就很容易想到了：借助SqlCommand对象来完成。

在.NET中实现一个此类异步操作自然是按照标准的APM（Asynchronous Programming Model，异步编程模型）来开发一对Begin和End方法。按照APM进行开发其实不是一件非常容易的事情，不过在.NET 2.0里，尤其是在.NET 3.5中的某个特性，开发此类功能就变得容易一些了——也就是说，这是个在.NET 1.x => .NET 2.0 => .NET 3.5的演变过程中都得到改进的特性，猜出来是什么了吗？没错，这个特性就是“匿名方法”。

匿名方法事实上基于委托，有了匿名方法这个特性，在一些本该使用委托的地方就可以直接定义一个函数了。这种做法在很多时候能够减少相当程度的代码量，尤其是本来很难省去的一些“条条框框”。例如，我们现在需要对一个Article列表按评论数量进行排序，并且在排序时可以指定升序或降序。如果没有匿名方法，我们一般会这么做：

public void SortByCommentCount(List<Article> articleList, bool ascending)
{
    // use the overloaded method: List<T>.Sort(Comparison<T> compare)
    ArticleComparison comparison = new ArticleComparison(ascending);
    articleList.Sort(new Comparison<Article>(comparison.Compare));
}
 
class ArticleComparison
{
    private bool m_ascending;
 
    public ArticleComparison(bool ascending)
    {
        this.m_ascending = ascending;
    }
 
    public int Compare(Article a, Article b)
    {
        return (a.CommentCount - b.CommentCount) * (this.m_ascending ? 1 : -1);
    }
}

我们使用接受Comparison<T>作为参数的List<T>.Sort方法重载，如果没有特别的要求，我们只需写一个静态方法就可以了——只要方法签名符合Comparision<Article>就行了。可惜在这里，我们需要写一个额外的类，因为我们需要访问一个额外的参数ascending，而这个参数不能在一个独立的Comparision<Article>委托中获得。于是我们写了一个ArticleComparison类，它唯一的目的就是封装ascending。如果我们每次使用Sort功能都要封装一个类的话编写的代码也就太多了。但是如果我们有了匿名方法之后：

public void SortByCommentCount(List<Article> articleList, bool ascending)
{
    articleList.Sort(delegate(Article a, Article b)
    {
        return (a.CommentCount - b.CommentCount) * (ascending ? 1 : -1);
    });
}

很明显，这种内联写法省去了额外的方法定义。而且更重要的是，匿名函数体内部能够访问到当前堆栈中的变量——其实这点才是最重要的。事实上，匿名方法的实现原理正是由编译器自动生成了一个封装类。有了匿名方法这个特性，我们就可以使用非常优雅的做法来实现一些轻量的委托。至于.NET 3.5里对于匿名方法的改进，主要在于引入了Lambda Expression：

public void SortByCommentCount(List<Article> articleList, bool ascending)
{
    articleList.Sort((a, b) => (a.CommentCount - b.CommentCount) * (ascending ? 1 : -1));
}

编译器会将现在的代码编译成之前与之前匿名方法相似的IL代码。.NET 3.5中LINQ的大量操作都以委托作为参数，因此也正是因为有了Lamda Expression到委托的转化，LINQ才能有如此威力。现在开发一个APM操作就方便多了。我们现在来构造一个扩展，将LINQ to SQL的查询异步化。首先是Begin方法（其中有些辅助方法以及参数的含义可以见之前的《在LINQ to SQL中使用Translate方法以及修改查询用SQL》一文）：

public static IAsyncResult BeginExecuteQuery(
    this DataContext dataContext, IQueryable query, bool withNoLock,
    AsyncCallback callback, object asyncState)
{
    SqlCommand command = dataContext.GetCommand(query, withNoLock);
    dataContext.OpenConnection();
 
    AsyncResult<DbDataReader> asyncResult = 
        new AsyncResult<DbDataReader>(asyncState);
    command.BeginExecuteReader(ar =>
    {
        try
        {
            asyncResult.Result = command.EndExecuteReader(ar);
        }
        catch (Exception e)
        {
            asyncResult.Exception = e;
        }
        finally
        {
            asyncResult.Complete();
            if (callback != null) callback(asyncResult);
        }
    }, null);
 
    return asyncResult;
}

在《正确使用异步操作》一文中我们已经谈过什么样的异步操作是“有效”的，从文章的内容我们不难得出一个结论，那就是我们无法使用托管代码“自行”实现适合I/O-Bound Operation的异步操作。我们为DataContext扩展的异步操作肯定是“封装”了ADO.NET所提供的异步特性来完成。很显然，我们需要获得一个DbDataReader，因此我们调用会调用SqlCommand对象的BeginExecuteReader方法，该方法的第一个参数是一个AsyncCallback委托类型的对象，当数据库的异步查询完成之后即会调用该委托，在这里使用匿名方法更合适。

这里的关键是用到了自己扩展的AsyncResult<T>类，该类除了标准的IAsyncResult实现之外，还释放出一个System.Exception类型的Exception属性和T类型的Result属性。这两个属性的作用可以从上面的代码中看出：Result的作用是保留异步操作的结果，Exception的作用自然是临时保存调用SqlCommand.EndExecuteReader方法之后捕获到的异常。这两个临时保留的对象都是为了在EndExecuteQuery方法中作进一步处理：

public static List<T> EndExecuteQuery<T>(
    this DataContext dataContext, IAsyncResult ar)
{
    AsyncResult<DbDataReader> asyncResult = (AsyncResult<DbDataReader>)ar;

    if (!asyncResult.IsCompleted)
    {
        asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
    }
 
    if (asyncResult.Exception != null)
    {
        throw asyncResult.Exception;
    }
 
    using (DbDataReader reader = asyncResult.Result)
    {
        return dataContext.Translate<T>(reader).ToList();
    }
}

根据APM的规则，End方法将接受一个参数，那就是Begin方法的返回值。因此我们可以在代码中将其转换成AsyncResult<DbDataReader>对象。按照规则，如果调用End方法时异步调用还没有完成，则应该阻塞当前线程直到异步操作完毕，因此我们的代码调用了AsyncWaitHandle的WaitOne方法——当然，这里的写法和我们的具体实现方式有关（详见下文中AsyncResult<T>的实现方法）。然后检查Exception属性，如果不为空则表明在执行数据库的异步操作时抛出了一场，因此我们的End方法也将其继续抛出。最后自然是根据获得的DbDataReader对象，并借助DataContext的Translate方法生成对象。

至于AsyncResult<T>类型的实现方法非常简单，我在这里将其简单贴出，就不多作什么解释了。不过有一点显而易见，由于C# 3.0中的Automatic Property特性，代码量比之前又能少了许多：

private class AsyncResult<T> : IAsyncResult
{
    public AsyncResult(object asyncState)
    {
        this.AsyncState = asyncState;
        this.IsCompleted = false;
        this.AsyncWaitHandle = new ManualResetEvent(false);
    }
 
    public object AsyncState { get; private set; }
 
    public WaitHandle AsyncWaitHandle { get; private set; }
 
    public bool CompletedSynchronously { get { return false; } }
 
    public bool IsCompleted { get; private set; }
 
    public void Complete()
    {
        this.IsCompleted = true;
        (this.AsyncWaitHandle as ManualResetEvent).Set();
    }
 
    public T Result { get; set; }
 
    public Exception Exception { get; set; }
}

那么现在就来试用一下。在《正确使用异步操作》中也提到过，即使异步操作得到了IOCP支持，也必须正确使用这些异步操作才能真正得到效果。换句话说，我们必须在ASP.NET提供的几个方面来使用异步功能。ASP.NET目前提供了三个可用于异步操作的地方：异步HttpModule，异步HttpHandler和异步Page，其中最常用的可能就是异步Page了。

public partial class AsyncPage : System.Web.UI.Page
{
    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        this.AddOnPreRenderCompleteAsync(
            new BeginEventHandler(BeginAsyncOperation),
            new EndEventHandler(EndAsyncOperation));
    }
 
    private ItemDataContext m_dataContext;
 
    private IAsyncResult BeginAsyncOperation(object sender, EventArgs e,
        AsyncCallback cb, object state)
    {
        this.m_dataContext = new ItemDataContext(); 
        var query = (from item in this.m_dataContext.Items
                     orderby item.ItemID
                     select item).Skip(10).Take(10);
 
        return this.m_dataContext.BeginExecuteQuery(query, cb, state);
    }
 
    private void EndAsyncOperation(IAsyncResult ar)
    {
        using (this.m_dataContext.Connection)
        {
            this.rptItems.DataSource = this.m_dataContext.EndExecuteQuery(ar);
            this.rptItems.DataBind();
        }
    }
}

异步数据库访问已经变得非常容易了，即使是LINQ to SQL也能较轻松地地获得这方面的支持。不过在实际开发过程中我们可能还会遇到一点小问题：我们的应用程序是分层的，而异步数据库访问是数据访问层的能力。而如果我们要在表现层（HttpModule、HttpHandler、Page都属于表现层）使用异步方法，就需要让业务逻辑也提供一系列的支持——可能只是过渡，可能又是更多。这方面对于单线程的业务逻辑对象来说可能不是问题，但是在某些架构中，业务逻辑对象可能会被多个线程（请求）同时访问。但是既然要使用异步操作，就需要把一组Begin和End消息发送给同一个对象——在多线程共享一个业务逻辑对象的情况下，又该如何知道某个End消息应该转发给哪个下层对象呢？

这个话题我们下次再讨论吧。