如何枚举 IAsyncEnumerable<T> 并为每个元素调用异步操作，允许每个 iteration/action 对并发？

Question

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 extension method from the System.Linq.Async 库。我的问题是每条数据的下载和保存都是按顺序进行的，而我更希望同时发生。

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，下一条数据应该同时从网络上下载。

下面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");

代码运行正常，但不是我想要的方式。总持续时间约为 10 秒，而不是理想的 6 秒。

实际不需要的输出：

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，它与上述 ForEachAwaitAsync 方法具有相同的签名，但其行为允许同时发生枚举和作用于项目。下面是这个方法的存根：

/// <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？

附加要求：

在取消或失败的情况下泄漏运行任务是不可接受的。当方法完成时，所有启动的任务都应该完成。
在枚举和动作都失败的极端情况下，只传播两个异常中的一个，任何一个都可以。
该方法应该是真正异步的，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这种情况）。

说明：

如果保存数据比从网络下载数据花费的时间长，该方法应该不继续提前下载更多项目。最多只能提前下载一份数据，保存上一份。
带web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。我想对它的元素进行操作（通过将它们保存到数据库中），同时枚举可枚举。

Answer 1

听起来你只需要跟踪上一个动作的任务并在下一个动作任务之前等待它。

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;
        }
    }
}

剩下的就是添加取消代码了。

Answer 2

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。
不确定它是否符合您填充数组的要求。

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

Answer 3

下面是一个不依赖System.Linq.Async包的比较简单的实现：

/// <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 async Task ForEachConcurrentAsync<T>(
    this IAsyncEnumerable<T> source,
    Func<T, Task> action,
    CancellationToken cancellationToken = default)
{
    var enumerator = source.GetAsyncEnumerator(cancellationToken);
    await using (enumerator.ConfigureAwait(false))
    {
        if (!await enumerator.MoveNextAsync().ConfigureAwait(false)) return;
        while (true)
        {
            Task task = action(enumerator.Current);
            bool moved;
            try { moved = await enumerator.MoveNextAsync().ConfigureAwait(false); }
            finally { await task.ConfigureAwait(false); }
            if (!moved) break;
        }
    }
}

为了简单起见，使用 try/finally 块而不是使用 Task.WhenAll 等待两个并发任务。缺点是如果两个并发操作都失败，则不会传播 MoveNextAsync 的错误。

如何枚举 IAsyncEnumerable<T> 并为每个元素调用异步操作，允许每个 iteration/action 对并发？

How to enumerate an IAsyncEnumerable<T> and invoke an async action for each element, allowing concurrency for each iteration/action pair?

c#

concurrency

async-await

iasyncenumerable