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C# Web开发教程(四)

news 2025/9/18 9:15:25

EF Core SQL性能优化底层原理之表达式树（Expression Trees）

好的，我们来详细探讨一下表达式树（Expression Trees）在 Entity Framework Core 中的核心作用。

简单来说，表达式树是 EF Core 能够将你的 C# 代码（如 LINQ 查询）翻译成高效 SQL 语句的基石。没有表达式树，EF Core 就无法实现其最核心、最有价值的功能。

核心作用：提供可翻译（Translatable）的查询结构

表达式树的核心作用在于，它不是一个可执行的方法，而是一个数据结构。这个数据结构可以被 EF Core 的查询提供程序（Query Provider，例如 SqlServerQueryProvider） 分析、解读，并最终转换为目标数据库的 SQL 语言。

1. 与委托（Delegate）的关键区别

要理解表达式树，最好先把它和普通的委托（如 Func<T, bool>）对比一下。

使用 Func<T, bool>（委托，即内存中的方法）:
```
Func<Post, bool> myDelegate = p => p.Title.Contains("EF Core");
```
这是一个可立即执行的代码。如果你在 DbSet<Post> 上使用 .Where(myDelegate)，EF Core 无法看到 p.Title.Contains("EF Core") 这个逻辑。它只能调用这个方法，并得到返回的 true 或 false。结果就是，EF Core 必须从数据库拉取所有 Post 数据到内存中，然后在客户端进行过滤。这在大多数情况下性能极差。
使用 Expression<Func<T, bool>>（表达式树）:
```
Expression<Func<Post, bool>> myExpression = p => p.Title.Contains("EF Core");
```
这是一个数据的描述。它不是一个可执行的方法，而是一个可以被遍历和检查的树形结构。EF Core 可以解析这棵树，发现它由以下节点组成：
- 一个参数 p（类型为 Post）
- 访问 p 的 Title 属性
- 调用 String.Contains 方法，参数是 "EF Core"
- 等等...
正因为 EF Core 能读懂你的意图，它才能生成对应的 SQL 语句：
```
SELECT [p].[Id], [p].[Title], [p].[Content], ...
FROM [Posts] AS [p]
WHERE [p].[Title] LIKE N'%EF Core%'
```
查询在数据库服务器上执行，只返回匹配的结果，效率极高。

2. 实现跨数据库平台的查询翻译

EF Core 支持多种数据库（SQL Server, SQLite, PostgreSQL, MySQL等）。其底层为每个数据库提供了不同的查询提供程序。

表达式树提供了一个公共的、抽象的查询中间语言。
当你编写 LINQ 查询时，EF Core 会将其构建为表达式树。
然后，SQL Server 提供程序会将其翻译成 T-SQL，而 SQLite 提供程序则会将其翻译成 SQLite 的 SQL 方言。

这个过程使得你可以用同一套 C# LINQ 代码与不同的数据库进行交互。

3. 实现高效的延迟执行（Deferred Execution）

著名的 IQueryable<T> 接口（提供 LINQ 查询功能的接口）的核心就是一个表达式树和一个查询提供程序。

IQueryable<Post> query = _context.Posts.Where(p => p.Likes > 10).OrderBy(p => p.CreatedDate);

这行代码并没有立即执行查询。
它只是构建了一个表达式树，将 .Where 和 .OrderBy 操作依次组合起来。
只有当你真正需要数据时（例如调用 .ToList()、.FirstOrDefault() 或 foreach 循环），EF Core 才会将整个表达式树翻译成 SQL 并执行。

这种“组合性”是构建复杂动态查询的基础。

4. 支持动态查询构建

这是表达式树非常强大的一个高级用法。因为表达式树是可以在运行时动态构建和修改的，所以你可以在程序运行时根据用户输入或其他条件来动态创建查询。

示例：根据用户选择动态过滤

// 假设这是用户从前端传递过来的过滤条件
string searchTitle = "Hello";
DateTime? minDate = new DateTime(2023, 1, 1);// 从基础查询开始
IQueryable<Post> query = _context.Posts;// 动态添加 Where 条件
if (!string.IsNullOrEmpty(searchTitle))
{// 动态构建表达式： p => p.Title.Contains(searchTitle)query = query.Where(p => p.Title.Contains(searchTitle));
}if (minDate.HasValue)
{// 动态构建表达式： p => p.CreatedDate >= minDatequery = query.Where(p => p.CreatedDate >= minDate.Value);
}// 最终执行的 SQL 会组合所有条件
var results = query.ToList();

EF Core 会将所有动态添加的条件组合到最终的表达式树中，并生成一个包含所有过滤条件的单一、高效的 SQL 语句。

总结

表达式树在 EF Core 中的作用可以概括为以下几点：

作用	说明
查询翻译	最核心的作用。将 C# LINQ 代码转换为等价的 SQL 语句，确保查询在数据库端执行，而不是在客户端内存中。
提供抽象层	作为公共中间语言，使同一套 LINQ 代码可以跨不同数据库工作。
实现延迟执行	使得 `IQueryable` 可以组合多次查询操作，最后再统一翻译和执行。
支持动态查询	允许在运行时程序化地构建复杂的查询逻辑，极大提升了灵活性。

简而言之，表达式树是 EF Core 的“翻译官”，它让 C# 语言能够与 SQL 数据库进行高效、无缝的对话。 没有表达式树，LINQ to SQL 之类的 ORM 技术就无法实现其核心价值。

表达式树测试

安装第三方库 Install-Package ExpressionTreeToString实现打印表达式树结构

......
using ExpressionTreeToString;
......
Expression<Func<Article, bool>> res = a => a.Price > 0; // 创建表达式树
Console.WriteLine(res.ToString("Object notation","C#")); // 使用 ExpressionTreeToString 输出表达式树- 结果:var a = new ParameterExpression {Type = typeof(Article),IsByRef = false,Name = "a"
};new Expression<Func<Article, bool>> {NodeType = ExpressionType.Lambda,Type = typeof(Func<Article, bool>),Parameters = new ReadOnlyCollection<ParameterExpression> {a},Body = new BinaryExpression {NodeType = ExpressionType.GreaterThan,Type = typeof(bool),Left = new MemberExpression {Type = typeof(int),Expression = a,Member = typeof(Article).GetProperty("Price")},Right = new ConstantExpression {Type = typeof(int),Value = 0}},ReturnType = typeof(bool)
}