C#中的Linq（Language Integrated Query）

1.Linq是什么？

官方定义

语言集成查询 (LINQ) 为 C# 和 Visual Basic 提供语言级查询功能和高阶函数 API，让你能够编写具有很高表达力度的声明性代码。

这听起来让人一头雾水，笔者个人的理解为将一些序列（主要是实现了IEnumerable的对象，但不仅仅是IEnumerable）通过一些规则投影为另外一些序列，当你要将一个IEnumerable对象中的数据做一些操作的时候，使用linq比使用传统的循环更加的高效和优雅。

2.作用对象和基本语法

2.1 常见的作用对象

.NET的原生集合（List，Array，Dictionary...）
XML文件
数据库（搭配ORM框架使用）
JSON （搭配JSON解析包使用,Newtonsoft.Json）

2.2 查询表达式和链式表达式

Linq有两种常见的语法，即查询表达式（Query Expression)和链式表达式(Chained Expression)，查询表达式类似于常见的SQL语言，而链式表达式更类似于不同API的连续调用，同时链式表达式也说明了Linq的本质,即"一系列的拓展方法（Extension members）"

C# 复制代码

// 链式表达式 获取该字节数组中所有的偶数且排序
var r = new Random(1234);  
var bytes = new byte[200];  
r.NextBytes(bytes);  
  
var result = bytes  
    .Where(x => x % 2 == 0)  
    .OrderBy(x => x);  
  
result.Dump();

C# 复制代码

// 查询表达式 获取该字节数组中所有的偶数且排序
var r = new Random(1234);  
var bytes = new byte[200];  
r.NextBytes(bytes); 

var result =   
    from x in bytes  
    where x % 2 ==0  
    orderby x  
    select x;  
  
result.Dump();

3.主要功能

3.1 筛选，排序，选择

3.1.1 筛选（Filtering）

用于从集合中过滤出符合条件的元素

Where 最常用的筛选方法

C# 复制代码

// 筛选出集合中年龄大于等于18岁的user对象
var res = users.Where(u => u.Age >= 18);

OfType<> 筛选出符合类型的元素

C# 复制代码

var set = new ArrayList() {1,2,3.14,true,"hello","string"};  
var res = set.OfType<string>();

Dinstinct 去重

C# 复制代码

var list = new List<int>() {1,1,1,1,11,2,3,4,5,6};  
var res = list.Distinct();

3.1.2 排序（Ordering）

用于改变集合中元素的排序

OrderBy和OrderByDescending 升序和降序排列

C# 复制代码

    var users = new List<User>() {  
        new User(){Name = "alex",Age = 30},  
        new User(){Name = "bob",Age = 20},  
        new User(){Name = "john",Age = 18},  
        new User(){Name = "alice",Age = 25},  
        new User(){Name = "jack",Age = 27},  
        new User(){Name = "hans",Age = 11}  
    };  
    
    //按照客户年龄升序排列
    var res1 = users.OrderBy(u => u.Age);  
    res1.Dump();  
    
    //按照客户年龄降序排列
    var res2 = users.OrderByDescending(u => u.Age);  
    res2.Dump();

ThenBy和ThenByDescending 在第一级排序的基础上进行次级排序

C# 复制代码

// 当Age属性一致时，使用Number属性排序
var res2 = users
    .OrderBy(u => u.Age)
    .ThenBy(u => u.Number);  
    
    res2.Dump();

Reverse 反转

C# 复制代码

var res = users.Reverse();

3.1.3 选择（Selection/Projection）

Select 将元素映射到新形式

C# 复制代码

//只提取名字
var res = users.Select(u => u.name);

SelectMany 用于"展平"集合（如果一个集合内包含更多的集合对象，可以把所有的子集合合并为一个大的序列） SyntaxEditor Code Snippet

C# 复制代码

var sets = new int[][] {  
    new int[] {1,2,3,4,5},  
    new int[] {10,20,30,40,50},  
    new int[] {100,200,300,400,500}  
};  

var res = sets.SelectMany(x => x);

3.2 分组，聚合，合并

3.2.1 分组（Gruoping）

GroupBy 将序列中的元素按照指定的键进行分组

C# 复制代码

//按照Department属性分类 返回的是一个IEnumerable<Grouping<TKey,TElement>>
var res = users.GroupBy(u => u.Department);

3.2.2 聚合（Aggregation）

用于对集合进行计算，通常是将多个值通过计算转化为一个值。常见的聚合方法

Count（）计算元素个数
Sum（）计算总和
Average（）计算平均值
Min（）/Max（）最小值和最大值

3.2.3 合并（Joining / Combining）

用于将两个不同的数据源关联起来，或将多个集合并为一个。

Join 内连接（Inner Join），只保留两个集合都有匹配项的数据

C# 复制代码

var res = students.Join(classes,s => s.ClassId,c => c.Id, (s,c) => new{s.Name,c.ClassName})

GroupJoin 左外连接（Left Join）
集合操作

方法名	作用
Concat（）	直接把第二个集合接在第一个后面
Union（）	并集
Intersect()	交集
Except（）	差集

4.延迟执行（Defer）和消耗（Exhaust）

4.1 延迟执行

只有当调用消耗方法(一些文档中也称为立即执行算子或终端算子)时，所书写的所有Linq才会被执行

C# 复制代码

var arr = Enumerable.Range(0,5).Select(x => r.Next(300));  
  
var res = arr.Select(  
    x => {  
        Thread.Sleep(1000);  
        return x * x;  
    }  
);  
  
  //几乎立刻就输出了"Something"
"Something".Dump();

在执行上放的代码后Sleep并没有被执行

C# 复制代码

var arr = Enumerable.Range(0,5).Select(x => r.Next(300));  
  
var res = arr.Select(  
    x => {  
        Thread.Sleep(1000);  
        return x * x;  
    }  
);  
 
//等待了五秒才成功输出
res.Dump();

只有执行了Dump，上方的Linq才被执行。

4.2 消耗方法（Exhaust Method）

消耗方法，在一些文档中也被称为立即执行算子或终端算子，当你在Linq中写下Where或Select时，代码并没有被真正的执行，只是创建了一个对于的"查询计划"，只有当执行消耗方法的时候，Linq才真正的开始迭代数据并进行计算。

主要的消耗方法如下所示

4.2.1 转换为集合 (Conversion Operators)

这些方法会强制的遍历整个序列，并将结果存入到新集合中

ToList()
ToArray()
ToDictionart()
ToHashSet()

4.2.2 聚合计算（Aggregation Operators）

Count（）
Sum（）
Min（）/Max()
Aggregate()

4.2.3 获取单个元素（Element Operators）

First()/FirstOrDefault()
Last()/LastOrDefault()
Single()/SingleOrDefault()
ElementAt(index)
Take()

4.2.4 逻辑判断(Quantifiers)

Any()
All()
Contains()

4.3 需要避免的情况

刚接触Linq的开发者时常会重复调用消耗方法，导致重复遍历数据源，造成不必要的性能浪费

C# 复制代码

var query = users.Where(u => u.Age >= 18);

//不应到出现的操作
var count = query.Count();
var list = query.ToList();

//推荐做法
var list = query.ToList();
//直接获取，不再遍历
var count = list.Count;

5.PLinq 并行计算

当进行一些非常耗费时间的IO操作时，避免出现行锁是非常重要的事情

C# 复制代码

var r = new Random(1453);  
var arr = Enumerable.Range(0,5).Select(x => r.Next(300));  
  
var res = arr.Select(  
    x => { 
    // 一些耗费时间的IO操作
        Thread.Sleep(1000);  
        return x * x;  
    }  
);  
  
res.Dump();

如果你尝试执行这些代码，你几乎都必须等待5000ms以上，这几乎是难以让人接受的，使用AsParallel可以避免这些问题

C# 复制代码

SyntaxEditor Code Snippet

var r = new Random(1453);  
var arr = Enumerable.Range(0,5).Select(x => r.Next(300));  
  
var t1 = DateTime.Now;  
var res = arr.AsParallel()  
    .Select(  
        x => {  
            Thread.Sleep(1000);  
            return x * x;  
        }  
);  
res.Dump();  
var t2 = DateTime.Now;  
//执行耗时00:00:01.0087661
(t2 - t1).Dump();  
  
var t3 = DateTime.Now;  
var res2 = arr.Select(  
        x =>  
        {  
            Thread.Sleep(1000);  
            return x * x;  
        });  
res2.Dump();  
var t4 = DateTime.Now;  
//执行耗时00:00:05.0573040
(t4 - t3).Dump();  
}

可以看到，这带来的性能提升是显著的

6.在什么时候使用Linq？

几乎任何时候，你需要对一个集合（无论是IEnumerable对象，亦或者是配合ORM操作数据库还是其他），当你需要使用for或foreach循环来对数据进行操作的时候，都可以使用Linq，使用Linq总是优雅且高效的。