如何枚举 IAsyncEnumerable<T> 并为每个元素调用异步操作，从而允许每个迭代/操作对的并发？

问题描述

我有一个 IAsyncEnumerable<string> 流，其中包含从 Web 下载的数据，我想将每条数据异步保存在 sql 数据库中。所以我使用了 ForEachAwaitAsync 库中的 System.Linq.Async 扩展方法。我的问题是下载和保存每条数据是按顺序进行的，而我更希望它同时发生。

澄清一下，我不想同时下载多条数据，也不想同时保存多条数据。我想要的是，当我在数据库中保存一条数据时，应该同时从网络上下载下一条数据。

以下是我当前解决方案的最小（人为）示例。下载五个项目，然后保存在数据库中。下载每个项目需要 1 秒，保存又需要 1 秒：

async IAsyncEnumerable<string> GetDataFromWeb()
{
    foreach (var item in Enumerable.Range(1,5))
    {
        Console.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff} > Downloading #{item}");
        await Task.Delay(1000); // Simulate an I/O-bound operation
        yield return item.ToString();
    }
}

var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
await GetDataFromWeb().ForEachAwaitAsync(async item =>
{
    Console.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff} > Saving #{item}");
    await Task.Delay(1000); // Simulate an I/O-bound operation
});
Console.WriteLine($"Duration: {stopwatch.ElapsedMilliseconds:#,0} msec");

代码正在运行，但不是我想要的方式。总持续时间约为 10 秒，而不是理想的约 6 秒。

实际不良输出：

04:55:50.526 > Downloading #1
04:55:51.595 > Saving #1
04:55:52.598 > Downloading #2
04:55:53.609 > Saving #2
04:55:54.615 > Downloading #3
04:55:55.616 > Saving #3
04:55:56.617 > Downloading #4
04:55:57.619 > Saving #4
04:55:58.621 > Downloading #5
04:55:59.622 > Saving #5
Duration: 10,115 msec

假设的理想输出：

04:55:50.000 > Downloading #1
04:55:51.000 > Saving #1
04:55:51.000 > Downloading #2
04:55:52.000 > Saving #2
04:55:52.000 > Downloading #3
04:55:53.000 > Saving #3
04:55:53.000 > Downloading #4
04:55:54.000 > Saving #4
04:55:54.000 > Downloading #5
04:55:55.000 > Saving #5
Duration: 6,000 msec

我正在考虑实现一个名为 ForEachConcurrentAsync 的自定义扩展方法，该方法与上述 ForEachAwaitAsync 方法具有相同的签名，但其行为允许同时发生枚举和操作项目。下面是这个方法的一个存根：

/// <summary>
/// Invokes and awaits an asynchronous action on each element in the source sequence.
/// Each action is awaited concurrently with fetching the sequence's next element.
/// </summary>
public static Task ForEachConcurrentAsync<T>(
    this IAsyncEnumerable<T> source,Func<T,Task> action,CancellationToken cancellationToken = default)
{
    // What to do?
}

如何实现此功能？

其他要求：

1. 在取消或失败的情况下泄漏正在运行的任务是不可接受的。当方法完成时，所有启动的任务都应该完成。
2. 在枚举和操作都失败的极端情况下，应该只传播两个异常中的一个，并且任何一个都可以。
3. 该方法应该是真正的异步方法，并且不应阻塞当前线程（除非 action 参数包含阻塞代码，但调用者有责任防止）。

---

说明：

1. 如果保存数据的时间比从网上下载的时间长，则该方法应该不要提前下载更多项目。最多只能提前下载一份数据，保存前一份。

2. 带有网络数据的 IAsyncEnumerable<string> 是这个问题的起点。我不想更改 IAsyncEnumerable<string> 的生成器方法。我想对它的元素采取行动（通过将它们保存到数据库中），同时枚举可枚举。

解决方法

听起来您只需要跟踪上一个操作的 Task 并在下一个操作 Task 之前等待它。

public static async Task ForEachConcurrentAsync<T>(
    this IAsyncEnumerable<T> source,Func<T,Task> action,CancellationToken cancellationToken = default)
{
    Task previous = null;
    try
    {
        await source.ForEachAwaitAsync(async item =>
        {
            if(previous != null)
            {
                await previous;
            }

            previous = action(item);
        });
    }
    finally
    {
        if(previous != null)
        {
            await previous;
        }
    }
}

剩下的就是撒上取消代码。

,

这是我的解决方案。
我必须将序列更改为数组才能访问下一个元素。
不确定填充数组是否符合您的要求。

这个想法是在返回当前项目之前开始下载下一个项目。

    private static async Task Main(string[] args)
    {
        var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        await foreach (var item in GetDataFromWebAsync())
        {
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff} > Saving #{item}");
            await Task.Delay(1000); // Simulate an I/O-bound operation

        }

        Console.WriteLine($"Duration: {stopwatch.ElapsedMilliseconds:#,0} msec");
    }

    private static async IAsyncEnumerable<string> GetDataFromWebAsync()
    {
        var items = Enumerable
            .Range(1,5)
            .Select(x => x.ToString())
            .ToArray();

        Task<string> next = null;

        for (var i = 0; i < items.Length; i++)
        {
            var current = next is null 
                ? await DownloadItemAsync(items[i]) 
                : await next;

            var nextIndex = i + 1;
            next = StarNextDownloadAsync(items,nextIndex);
            
            yield return current;
        }
    }

    private static async Task<string> StarNextDownloadAsync(IReadOnlyList<string> items,int nextIndex)
    {
        return nextIndex < items.Count
            ? await DownloadItemAsync(items[nextIndex])
            : null;
    }

    private static async Task<string> DownloadItemAsync(string item)
    {
        Console.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff} > Downloading #{item}");
        await Task.Delay(1000);
        return item;
    }

控制台输出：

15:57:26.226 > Downloading #1
15:57:27.301 > Downloading #2
15:57:27.302 > Saving #1
15:57:28.306 > Downloading #3
15:57:28.307 > Saving #2
15:57:29.312 > Downloading #4
15:57:29.340 > Saving #3
15:57:30.344 > Downloading #5
15:57:30.347 > Saving #4
15:57:31.359 > Saving #5
Duration: 6 174 msec