C# Entity Framework中的IQueryable和IQueryProvider詳解
前言
相信大家對Entity Framework一定不陌生，我相信其中Linq To Sql是其最大的亮點之一，但是我們一直使用到現(xiàn)在卻不曾明白內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，今天我們就簡單的介紹IQueryable和IQueryProvider。
IQueryable接口
我們先聊聊這個接口，因為我們在使用EF中經(jīng)常看到linq to sql語句的返回類型是IQueryable，我們可以看下這個接口的結(jié)構(gòu)：
public interface IQueryable : IEnumerable
{
Type ElementType { get; }
Expression Expression { get; }
IQueryProvider Provider { get; }
}
或許會有人很奇怪，當(dāng)我們在開發(fā)過程中使用這個接口的時候，提供的方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這么點，因為微軟提供了強(qiáng)大的Queryable類，當(dāng)然大家不要以為這個類是實現(xiàn)IQueryable然后實現(xiàn)了很多方法，如果是那樣那些第三方庫怎么自定義呢？所以Queryable只是一個靜態(tài)類，對IQueryable接口進(jìn)行了擴(kuò)展，下面是筆者在.Net Reflector截圖中一部分：
如果讀者細(xì)心一點會發(fā)現(xiàn)linq to sql并不會導(dǎo)致實際的查詢，只有當(dāng)我們真正開始使用的時候才從數(shù)據(jù)庫中開始查詢數(shù)據(jù)。
IQueryProvider接口
如果我們調(diào)試的EF的話，會看到生成的T-SQL語句。T-SQL就是根據(jù)表達(dá)式樹分析從而得出的，而核心就是IQueryProvider接口，下面就是該接口的結(jié)構(gòu)：
public interface IQueryProvider
{
IQueryable CreateQuery(Expression expression);
IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement>(Expression expression);
object Execute(Expression expression);
TResult Execute<TResult>(Expression expression);
}
其中CreateQuery就是負(fù)責(zé)解析表達(dá)式樹的，當(dāng)然還要將處理后的結(jié)果返回，以便接著分析下面的語句，當(dāng)然這中間只是分析，你完全可以根據(jù)表達(dá)式樹得出你自己需要的查詢語句，比如SQL或者其他什么，只有在真正使用數(shù)據(jù)的時候才會調(diào)用Execute方法，這個時候就可以根據(jù)我們自己分析的語句開始進(jìn)行實際的查詢了。
實例分析
QueryProvider類
光說不練我們永遠(yuǎn)不能明白其中的原理，所以下面我們就簡單的舉一個例子來展示下。首先我們先實現(xiàn)IQueryProvider接口，其中會用到一個Query類，這個類會在后面進(jìn)行介紹，首先我們新建一個QueryProvider類實現(xiàn)IQueryProvider接口，首先我們看下CreateQuery<S>方法：
這里的expression就是傳遞給我們，并且需要我們處理的表達(dá)式樹，最后還要返回實現(xiàn)IQueryable<S>接口的示例，以便LINQ在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下面的查詢，這里我們僅僅只是創(chuàng)建了一個Query的實例，同時將expression傳遞給它，因為此處僅僅只是一個DEMO，所以我們沒有去真正解析表達(dá)式樹（這其中要做的工作很多）。接著還有CreateQuery方法：
我們可以看到下面這句話：
實際的含義就是創(chuàng)建Query<>的實例，并且泛型參數(shù)是elementType，參數(shù)是this和expression。
最后就是Execute方法了，傳遞一個Expression參數(shù)，并獲取最后的結(jié)果，筆者在這里直接是寫死的值：
Query類
僅僅只有QueryProvider還沒用，我們還需要一個能夠保存表達(dá)式樹狀態(tài)的類，當(dāng)然也包括了我們解析表達(dá)式后的結(jié)果也可以保存在其中，這樣我們在IQueryProvider的Execute方法中就可以根據(jù)我們解析的結(jié)果執(zhí)行執(zhí)行并返回結(jié)果了。
這里我們可以看到Query的Expression值在創(chuàng)建這個實例時，如果沒有傳遞Expression參數(shù)時該值就是：
但是在后面的過程中Query中的Expression將是QueryProvider中的expression值。
到此我們其實就完成了一個簡單的示例了，我們就可以開始測試我們的成果了，筆者在利用如下的代碼來測試：
OK，我們開始看看是如何分析這句LINQ語句的。
首先我們看下在一開始執(zhí)行時Query中Expression的返回值（如下圖）：
在獲取到這個表達(dá)式后，就開始執(zhí)行Linq，首先執(zhí)行的是where item == 123。
分析Where item == 123
接著我們F5，就可以看到在QueryProvider中的CreateQuery<S>命中了，并且Expression參數(shù)如下圖所示：
我們看到里面的字符串是 Where(item => (item == 123))，通過這句話我們就可以明白其實LINQ中的where實質(zhì)上就是利用Where方法，并傳遞給它對應(yīng)的lambda表達(dá)式。分析完了where部分，下面就是FirstOrDefault部分了。
分析FirstOrDefault
當(dāng)執(zhí)行到FirstOrDefault的時候我們可以查看t的值，會發(fā)現(xiàn)t實際上就是QueryProvider中CreateQuery<S>的返回值。
接著我們開始執(zhí)行下面FirstOrDefault方法，發(fā)現(xiàn)會再一次的去獲取Expression的值，而此時Expression的值就是上面CreateQuery<T>傳遞給我們的參數(shù)expression。
然后在將這個表達(dá)式樹和由表達(dá)式樹表示FirstOrDefault方法調(diào)用的值拼接起來，并調(diào)用QueryProvider中的Execute<S>方法，我們可以看到這個時候傳遞給我們的參數(shù)expression的值。
至此一個簡單的流程就結(jié)束了，最后就是返回筆者寫死的123這個值了。
通過上面這個例子我們基本了解了其工作的流程，下面我們將一步一步的分析我們這個where item == 123，當(dāng)然我們將會用到遞歸，所以請大家整理好自己的思路，一步一步的看如何從一個表達(dá)式樹中分析這條語句。
分析表達(dá)式樹實戰(zhàn)
首先我們一個分析表達(dá)式樹的方法，這個方法我們暫且放在QueryProvider中：
public void AnalysisExpression(Expression exp)
{
switch (exp.NodeType)
{
case ExpressionType.Call:
{
MethodCallExpression mce = exp as MethodCallExpression;
Console.WriteLine("The Method Is {0}", mce.Method.Name);
for (int i = 0; i < mce.Arguments.Count; i++)
{
AnalysisExpression(mce.Arguments[i]);
}
}
break;
case ExpressionType.Quote:
{
UnaryExpression ue = exp as UnaryExpression;
AnalysisExpression(ue.Operand);
}
break;
case ExpressionType.Lambda:
{
LambdaExpression le = exp as LambdaExpression;
AnalysisExpression(le.Body);
}
break;
case ExpressionType.Equal:
{
BinaryExpression be = exp as BinaryExpression;
Console.WriteLine("The Method Is {0}", exp.NodeType.ToString());
AnalysisExpression(be.Left);
AnalysisExpression(be.Right);
}
break;
case ExpressionType.Constant:
{
ConstantExpression ce = exp as ConstantExpression;
Console.WriteLine("The Value Type Is {0}", ce.Value.ToString());
}
break;
case ExpressionType.Parameter:
{
ParameterExpression pe = exp as ParameterExpression;
Console.WriteLine("The Parameter Is {0}", pe.Name);
}
break;
default:
{
Console.Write("UnKnow");
}
break;
}
}
并在CreateQuery<S>中調(diào)用這個方法
然后我們可以開始運行測試了，為了能夠讓讀者明白當(dāng)前處理的表達(dá)式樹，所以在下面的截圖中將會包含AnalysisExpression中參數(shù)exp的值，這樣可以便于讀者區(qū)分當(dāng)前處理的表達(dá)式樹。
PS：Expression類型中的NodeType是非常重要的，因為傳遞給我們的都是父類Expression類型，而我們需要根據(jù)NodeType的轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的子類，這樣我們才能夠獲取到更詳細(xì)的信息。
ExpressionType.Call
我們根據(jù)一開始的exp的NodeType進(jìn)入到這個分支，因為where實質(zhì)上就是ss調(diào)用where方法，所以我們通過將exp轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的MethodCallExpression類型，這樣我們就可以看到調(diào)用的方法名稱了。
當(dāng)然調(diào)用一個方法必須要有參數(shù)，所以下面還需要循環(huán)Arguments去分析具體的參數(shù)，其中也包括調(diào)用這個方法的對象，自然我們首先是分析調(diào)用這個方法的對象，這里我們進(jìn)行了第一次的遞歸調(diào)用，跳到了ExpressionType.Constant。
ExpressionType.Constant
NodeType為這個類型，我們就可以通過ConstantExpression類型來獲取對應(yīng)的參數(shù)，通過Value我們可以可以獲取到調(diào)用where方法的對象，當(dāng)然到這里就不會繼續(xù)往下分析了。
所以我們繼續(xù)跳到之前的for循環(huán)，開始分析第二個參數(shù)，就是 item => item == 123這個部分了。
ExpressionType.Quote
如果接觸過lambda的人可能會認(rèn)為類型應(yīng)該是Lambda，但實際上不會直接跳轉(zhuǎn)到那，而是先跳轉(zhuǎn)到Quote，然后我們再把轉(zhuǎn)換成UnaryExpression類型，然后再繼續(xù)分析其中Operand屬性，而這個屬性的NodeType就是Lambda了。個人認(rèn)為這個應(yīng)該是區(qū)分lambda和普通的方法，因為where不僅僅可以接收lambda同時也可以是常規(guī)的方法，所以這里還需要這一層。
ExpressionType.Lambda
跳轉(zhuǎn)到這，大家就不會感覺奇怪了，這里為了簡潔。筆者并沒有分析參數(shù)，而是直接分析Body部分，因為這部分才是我們的關(guān)鍵。
ExpressionType.Equal
我們看到這個lambda很簡單，就是一個相等比較，所以直接跳轉(zhuǎn)到了Equal，當(dāng)然還有And、Or等對應(yīng)的枚舉，而到了這一步我們就可以直接分析Left和Right，當(dāng)然這里還有一個小插曲，就是在跳到這個枚舉的時候我查看exp的類型時，實際上是LogicalBinaryExpression類型，并不是BinaryExpression類型，然后用Reflector查看了下，我就呵呵了。
我當(dāng)時還奇怪，怎么沒有這個類型呢，最后才知道玩的是這一出。到此為止，我們繼續(xù)分析這個相等操作的左右兩邊的參數(shù)吧。
首先分析的是左邊參數(shù)item。
ExpressionType.Parameter
Item挑傳到這，并將其轉(zhuǎn)換成ParameterExpression類型，筆者在此僅僅只輸出了參數(shù)的名稱。
到這左邊的參數(shù)分析完畢，我們開始分析右邊的參數(shù)。
ExpressionType.Constant
我們可以輕松的想到對應(yīng)的Value就是123了，到此整個表達(dá)式就分析完畢了。
我們看看最后控制臺的輸出結(jié)果吧。
在此筆者還要聲明一個問題，就是我們應(yīng)該去理解我們使用的各種庫的原理，這樣便于我們以后添加符合實際開發(fā)的一些功能，當(dāng)然這并不是浪費時間。而是提高今后項目開發(fā)的時間，隨著不斷的積累，我們會發(fā)現(xiàn)很多重復(fù)的功能并不需要我們?nèi)ブ貜?fù)寫了，而節(jié)省下來的時間我們就可以做自己想做的事了，所以我們要做一個有思想的懶程序員。
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