LINQ之延迟加载及其原理

这是LINQ(集成化查询)的继续及补充，在前面我已经介绍过，在LINQ中，一个重要的特性就是延迟加载，是指查询操作并不是在查询运算符定义的时候执行，而是在真正使用集合中的数据时才执行(如：在遍历集合时调用MoveNext方法时)。下面是一个简单的实例：

            var num = new List<int>();
            num.Add(1);
            IEnumerable<int> query = num.Select(n => n * 10);
            num.Add(2);
            foreach (int n in query)
                Console.WriteLine(n);

结果输出10 20.在上面的例子中，在创建查询语句后又向集合中加入新元素，这个新元素最终也出现在查询结果中。这就是因为查询语句是在遇到foreach之后才真正执行的，再例如：

            Action a = () => Console.WriteLine("Foo");
            //没有在控制台输出任何内容
            a();
            //延迟执行，输出Foo

绝大部分标准的LINQ查询运算符都具有延迟加载这种特性，但也有例外：

那些返回单个元素或返回一个数值的运算符，如First或Count。
转换运算符：ToArray，ToList，ToDictonnary，ToLookup。

以上这些运算符都会触发LINQ语句立即执行，因为它们的返回值类型不支持延迟加载。

延迟加载的工作原理

LINQ查询运算符之所以有延迟加载功能，是因为每个返回值不是一般的数组或集合，而是一个经过封装的序列，这种序列通常情况下并不直接储存数据元素，它封装并使用运行时传递给它的集合，元素也由其他集合来储存，它实际上只是维护自己与数据集合的一种依赖关系，当有查询请求时，再到它以来的序列中进行真正的查询。查询运算符实际上是封装一系列的转换函数，这种转换函数可以将与之关联的数据转换为各种形式的序列。如果输出集合不需要转换的话，那么就不用执行查询运算符封装的转换操作，这个时候查询运算符实际上就是一个委托，进行数据转发而已。

例如调用Where运算符的时候，在Where内部所做的操作非常简单，根据Lambda表达式中指定的查询条件，对输入集合重新进行了筛选，保留那些符合条件的元素指针引用，当外部遍历Where的返回值时，Where回到它所关联的集合中进行真正的查询，然后返回查询结果。

IEnumerable<int> lessThanTen = new int[] { 5, 12, 3 }.Where(n => n < 10);

当执行lessThanTen操作时，实际上，就是使用where运算符对封装序列进行筛选。

当需要使用一些有特殊功能的运算符时，我们可以自定义实现。例如下面这个实例所示，实现一个自定义的Select运算符：

        public static IEnumerable<TResult> Select<TSource,TResult>(
            this IEnumerable<TSource> source,Func<TSource,TResult> selector)
        {
            foreach (TSource element in source)
                yield return selector(element);
        }

上面这个方法实际上就是在循环中返回yield类型的元素。所以当调用Select和Where查询运算符时，内部操作就是创建一个序列，然后将查询得到的元素存入这个新的序列中。

其实，在LINQ中，延迟加载特性是很重要的，这种设计将查询的转换和查询的执行进行了解耦，这使得我们可以将查询分成多个步骤来创建，有利于查询表达式的书写，而且在执行的时候按照一个完整的结构去查询，减少了对集合的查询次数，这种特性对数据库查询尤其重要。