C# Entity Framework中的IQueryable和IQueryProvider详解
2021-07-23 00:34
前言
相信大家对
Entity Framework
一定不陌生，我相信其中Linq To Sql是其最大的亮点之一，但是我们一直使用到现在却不曾明白内部是如何实现的，今天我们就简单的介绍IQueryable和IQueryProvider。
IQueryable接口
我们先聊聊这个接口，因为我们在使用EF中经常看到linq to sql语句的返回类型是
IQueryable
，我们可以看下这个接口的结构：
代码如下:
public interface IQueryable : IEnumerable
{
Type ElementType { get; }
Expression Expression { get; }
IQueryProvider Provider { get; }
}
或许会有人很奇怪，当我们在开发过程中使用这个接口的时候，提供的方法远远不止这么点，因为微软提供了强大的
Queryable
类，当然大家不要以为这个类是实现IQueryable然后实现了很多方法，如果是那样那些第三方库怎么自定义呢？所以Queryable只是一个静态类，对IQueryable接口进行了扩展，下面是笔者在
.Net Reflector
截图中一部分：
如果读者细心一点会发现linq to sql并不会导致实际的查询，只有当我们真正开始使用的时候才从数据库中开始查询数据。
IQueryProvider接口
如果我们调试的EF的话，会看到生成的T-SQL语句。T-SQL就是根据表达式树分析从而得出的，而核心就是IQueryProvider接口，下面就是该接口的结构：
代码如下:
public interface IQueryProvider
{
IQueryable CreateQuery(Expression expression);
IQueryable
object Execute(Expression expression);
TResult Execute
}
其中
CreateQuery
就是负责解析表达式树的，当然还要将处理后的结果返回，以便接着分析下面的语句，当然这中间只是分析，你完全可以根据表达式树得出你自己需要的查询语句，比如SQL或者其他什么，只有在真正使用数据的时候才会调用
Execute
方法，这个时候就可以根据我们自己分析的语句开始进行实际的查询了。
实例分析
QueryProvider类
光说不练我们永远不能明白其中的原理，所以下面我们就简单的举一个例子来展示下。首先我们先实现IQueryProvider接口，其中会用到一个Query类，这个类会在后面进行介绍，首先我们新建一个
QueryProvider
类实现IQueryProvider接口，首先我们看下
CreateQuery
方法：
这里的
expression
就是传递给我们，并且需要我们处理的表达式树，最后还要返回实现IQueryable接口的示例，以便LINQ在此基础上进行下面的查询，这里我们仅仅只是创建了一个Query的实例，同时将expression传递给它，因为此处仅仅只是一个DEMO，所以我们没有去真正解析表达式树
（这其中要做的工作很多）
。接着还有CreateQuery方法：
我们可以看到下面这句话：
实际的含义就是创建
Query
的实例，并且泛型参数是
elementType
，参数是
this
和
expression
。
最后就是
Execute
方法了，传递一个
Expression
参数，并获取最后的结果，笔者在这里直接是写死的值：
Query类
仅仅只有
QueryProvider
还没用，我们还需要一个能够保存表达式树状态的类，当然也包括了我们解析表达式后的结果也可以保存在其中，这样我们在IQueryProvider的Execute方法中就可以根据我们解析的结果执行执行并返回结果了。
这里我们可以看到Query的Expression值在创建这个实例时，如果没有传递Expression参数时该值就是：
但是在后面的过程中Query中的Expression将是QueryProvider中的expression值。
到此我们其实就完成了一个简单的示例了，我们就可以开始测试我们的成果了，笔者在利用如下的代码来测试：
OK，我们开始看看是如何分析这句LINQ语句的。
首先我们看下在一开始执行时Query中Expression的返回值（如下图）：
在获取到这个表达式后，就开始执行Linq，首先执行的是where item == 123。
分析Where item == 123
接着我们F5，就可以看到在QueryProvider中的
CreateQuery
命中了，并且
Expression
参数如下图所示：
我们看到里面的字符串是
Where(item => (item == 123))
，通过这句话我们就可以明白其实LINQ中的where实质上就是利用Where方法，并传递给它对应的lambda表达式。分析完了where部分，下面就是
FirstOrDefault
部分了。
分析FirstOrDefault
当执行到
FirstOrDefault
的时候我们可以查看t的值，会发现t实际上就是QueryProvider中CreateQuery的返回值。
接着我们开始执行下面
FirstOrDefault
方法，发现会再一次的去获取
Expression
的值，而此时Expression的值就是上面
CreateQuery
传递给我们的参数
expression
。
然后在将这个表达式树和由表达式树表示
FirstOrDefault
方法调用的值拼接起来，并调用QueryProvider中的Execute方法，我们可以看到这个时候传递给我们的参数expression的值。
至此一个简单的流程就结束了，最后就是返回笔者写死的123这个值了。
通过上面这个例子我们基本了解了其工作的流程，下面我们将一步一步的分析我们这个
where item == 123
，当然我们将会用到递归，所以请大家整理好自己的思路，一步一步的看如何从一个表达式树中分析这条语句。
分析表达式树实战
首先我们一个分析表达式树的方法，这个方法我们暂且放在
QueryProvider
中：
代码如下:
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
{
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
中调用这个方法
然后我们可以开始运行测试了，为了能够让读者明白当前处理的表达式树，所以在下面的截图中将会包含
AnalysisExpression中参数exp
的值，这样可以便于读者区分当前处理的表达式树。
PS：Expression类型中的NodeType是非常重要的，因为传递给我们的都是父类Expression类型，而我们需要根据NodeType的转换成对应的子类，这样我们才能够获取到更详细的信息。
ExpressionType.Call
我们根据一开始的exp的NodeType进入到这个分支，因为where实质上就是ss调用where方法，所以我们通过将exp转换成对应的
MethodCallExpression
类型，这样我们就可以看到调用的方法名称了。
当然调用一个方法必须要有参数，所以下面还需要循环
Arguments
去分析具体的参数，其中也包括调用这个方法的对象，自然我们首先是分析调用这个方法的对象，这里我们进行了第一次的递归调用，跳到了ExpressionType.Constant。
ExpressionType.Constant
NodeType为这个类型，我们就可以通过
ConstantExpression
类型来获取对应的参数，通过Value我们可以可以获取到调用where方法的对象，当然到这里就不会继续往下分析了。
所以我们继续跳到之前的for循环，开始分析第二个参数，就是 item => item == 123这个部分了。
ExpressionType.Quote
如果接触过lambda的人可能会认为类型应该是Lambda，但实际上不会直接跳转到那，而是先跳转到Quote，然后我们再把转换成
UnaryExpression
类型，然后再继续分析其中
Operand
属性，而这个属性的NodeType就是Lambda了。个人认为这个应该是区分lambda和普通的方法，因为where不仅仅可以接收lambda同时也可以是常规的方法，所以这里还需要这一层。
ExpressionType.Lambda
跳转到这，大家就不会感觉奇怪了，这里为了简洁。笔者并没有分析参数，而是直接分析
Body
部分，因为这部分才是我们的关键。
ExpressionType.Equal
我们看到这个lambda很简单，就是一个相等比较，所以直接跳转到了Equal，当然还有And、Or等对应的枚举，而到了这一步我们就可以直接分析Left和Right，当然这里还有一个小插曲，就是在跳到这个枚举的时候我查看exp的类型时，实际上是
LogicalBinaryExpression
类型，并不是
BinaryExpression
类型，然后用Reflector查看了下，我就呵呵了。
我当时还奇怪，怎么没有这个类型呢，最后才知道玩的是这一出。到此为止，我们继续分析这个相等操作的左右两边的参数吧。
首先分析的是左边参数item。
ExpressionType.Parameter
Item挑传到这，并将其转换成
ParameterExpression
类型，笔者在此仅仅只输出了参数的名称。
到这左边的参数分析完毕，我们开始分析右边的参数。
ExpressionType.Constant
我们可以轻松的想到对应的Value就是123了，到此整个表达式就分析完毕了。
我们看看最后控制台的输出结果吧。
在此笔者还要声明一个问题，就是我们应该去理解我们使用的各种库的原理，这样便于我们以后添加符合实际开发的一些功能，当然这并不是浪费时间。而是提高今后项目开发的时间，随着不断的积累，我们会发现很多重复的功能并不需要我们去重复写了，而节省下来的时间我们就可以做自己想做的事了，所以我们要做一个有思想的懒程序员。
C# Entity Framework中的IQueryable和IQueryProvider详解
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