C# 13和.NET 9必知的新特性

.NET 9就要来了，将带来许多变化和改进。这篇文章将带你了解.NET 9 和 C# 13 中的最具影响力和最常用的功能。

C# 13 引入了一种新的 System.Threading.Lock 类型，用于实现互斥。过去，通常使用 object 类型进行加锁，而现在有了专门的 Lock 类型，预计将成为大多数互斥场景中的标准选择。

• 更干净、更安全的代码。 它使代码更易读和更可预测。此外，编译器会在 Lock 实例被错误地用作常规 object 时发出警告。
• 性能。 根据微软的说法，它比在任意 object 实例上加锁更高效。
• 新的加锁机制。 EnterScope 在底层替代了 Monitor 类。你可以在这里找到上面示例的 IL 代码。它返回一个遵循 Dispose 模式的 ref struct，可以无缝地与 using 语句一起使用。
• 异步限制。 由于锁和异步代码交互的固有局限性，在锁块中仍然不允许进行异步调用。传统上，SemaphoreSlim 是首选的替代方案。

想象你有一份任务清单，每个任务完成的时间各不相同。你希望每个任务一完成后就立即处理。WaitAll() 不适用于这种情况，因为它会等待所有任务全部完成。我们可以使用 Task.WaitAny() 作为替代手段来处理下一个完成的任务。C# 10 引入了一种更优雅和高效的方式来处理这种情况：Task.WhenEach。下面是一个示例。

Task.WhenEach 返回 IAsyncEnumerable<Task<TResult>>，并且可以利用 await foreach 轻松地遍历随着它们的完成的每个任务👌

从 C# 13 版本开始，params 参数可以是任何可以在集合表达式中使用的类型。

• 更清晰的代码。 显著减少了对.ToArray()和.ToList()的调用次数。
• 性能。 调用.ToArray()和.ToList()本身就会增加额外的资源开销。此外，现在支持传递Span<>和IEnumerable<>，利用更高效的内存使用和惰性执行。总体而言，在需要更好性能的场景下，这提供了更大的灵活性和更好的性能表现 🚀。

当你在 C# 中声明一个自动实现的属性，比如 public int Number { get; set; } 时，编译器会生成一个字段（例如 _number）和内部的 getter 和 setter 方法，比如 void set_Number(int number) 和 int get_Number()。但是，如果你需要自定义逻辑，比如验证、默认值、计算或延迟加载等，通常需要手动在类中定义字段。C# 13 通过引入 field 关键字简化了这个过程，允许你直接访问字段而无需手动定义它。

• 减少样板代码。 消除了手动定义私有字段的需要，从而产生更干净、更简洁的代码效果。
• 增强可读性。 无需管理自定义的后备字段名称，使使用字段关键字成为标准做法，从而提高代码的清晰度。
• 属性范围内的字段。 私有后备字段仅限于属性本身，防止在类的其他部分意外使用。这种封装提高了安全性，并解决了常见的错误来源。
• 🚨潜在的破坏性变更。 如果您的类已经有一个名为 field 且类型相同的属性，它将优先于新的 field 关键字，可能导致意外行为或错误。您可以在此处查看C# 团队的提案关于如何处理此问题的建议。这可能是自 2016 年首次提出该功能以来一直被推迟的原因之一，也是该功能迟迟未能发布的因素之一。

新的 HybridCache API 解决了现有 IDistributedCache 和 IMemoryCache API 中的一些不足，如竞态条件，并引入了新的功能和能力，使 .NET 中的缓存更加灵活且性能更高。HybridCache 被设计为大多数 IDistributedCache 和 IMemoryCache 场景的即插即用替代品。

• 两全其美。 HybridCache 允许您使用统一、简洁的 API 将数据存储在内存（L1）或分布式（L2）缓存中。这种配置允许您快速访问常用的本地数据（L1），同时提供一个可扩展的外部缓存（L2）来处理较大的、不常访问的数据。[HybridCacheEntryFlags](https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/microsoft.extensions.caching.hybrid.hybridcacheentryflags?view=netframework-4.8.1) 用于控制这种行为。
• 防止踩踏效应。 IMemoryCache 和 IDistributedCache 都存在踩踏问题。HybridCache 通过确保只有一个请求者重新生成给定键的值，而其他请求者等待结果，来解决这个问题。这有助于避免缓存过度刷新。
• 额外功能。 HybridCache 提供了诸如标记、可配置的序列化 通过使用 .WithSerializer(...) 和 .WithSerializerFactory(...) 方法，以及通过使用 [ImmutableObject(true)] 注解的 缓存实例复用 等额外功能。

💡乍一听可能有点复杂，但要让 HybridCache 将数据存储在进程外部（L2），你仍然需要配置一个 IDistributedCache（例如 Redis），HybridCache 会依赖于它。即使没有 IDistributedCache，HybridCache 仍然会提供进程内的缓存。在我上面提到的情况下，我有如下配置：

从 .NET 5 版本开始，Web API 模板自带了对 OpenApi 规范的内置支持，通过 [Swashbuckle.AspNetCore](https://github.com/domaindrivendev/Swashbuckle.AspNetCore) 包。在 .NET 9 中，微软继续通过其内部开发的 [Microsoft.AspNetCore.OpenApi](https://github.com/dotnet/aspnetcore/tree/main/src/OpenApi) 包支持 OpenApi 规范，并且该包将取代 [Swashbuckle.AspNetCore](https://github.com/domaindrivendev/Swashbuckle.AspNetCore) 包。

运行你的应用之后，前往 /openapi/v1.json 页面查看生成的 OpenApi 文档内容。

• Swagger UI. 语法变得更简洁，乍一看更像‘原生’。但是，默认情况下，你只能得到一个 OpenAPI 文档，并没有包含交互式的 API 文档😢。如果你需要像 Swagger UI 这样的交互式 API 文档，你可能需要集成第三方工具，例如 [Scalar](https://github.com/scalar/scalar) 来实现。这里有一份详细的指南：Scalar .NET API Reference Integration。
• 构建时间生成。 你可以使用 [Microsoft.Extensions.ApiDescription.Server](https://github.com/dotnet/aspnetcore/tree/main/src/Tools/Extensions.ApiDescription.Server) 包在构建时生成 OpenAPI 文档。

SearchValues 在 .NET 8 中引入，提供了一个不可变的、只读的值类，与传统的 ICollection.Contains 方法相比，它在搜索效率上有显著提升。最初，它仅限于字符或字节类型。在 .NET 9 中，SearchValues<T> 也支持字符串类型。

你现在也可以通过 StringComparison 参数来指定比较类型。

将来，这将成为需要进行大量文本处理的应用程序的首选，例如文档解析、输入过滤、垃圾邮件检测、数据脱敏和搜索等。

确保“LINQ”未被翻译，保持英文原样。此处已按专家建议调整为更口语化且更具清晰度的表达方式，同时添加了逗号以匹配源文本的风格。

新加入了三种方法：CountBy、AggregateBy 和 Index，它们旨在提高处理常见数据操作任务的效率和简洁性。下面的示例将展示这些方法的具体用法。

计数

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我最喜欢的 Index()💛 方法是因为 foreach 没有索引，这一直以来都让人很烦恼，并且常常导致使用更复杂的替代方案。

自从.NET早期以来，我们就使用Guid.NewGuid()来生成UUID。此方法生成的是版本4的UUID。自那以后，UUID规范有了显著的进展，目前的稳定版本是7。版本7的一个关键特性是包含在UUID中的时间戳。它的结构如下：

    +------------------+---------------+----------------------+
    | 48位时间戳字段   | 12位随机数    | 62位另一组随机数     |
    +------------------+---------------+----------------------+

说明：上表展示了字段的位数分配，其中48位用于时间戳字段，12位用于随机数，62位用于另一组随机数。

时间戳部分带来了重要的好处：可以根据其创建时间对UUID进行排序。这使得它们更适合作为数据库中的标识符，并在分布式环境中提供了更好的唯一性保证。

现在 .NET 已经内置了 UUID v7 的生成，因此你不再需要使用外部库如 [UUIDNext](https://github.com/mareek/UUIDNext) 来实现这一功能。引入了一个新的方法 Guid.CreateVersion7()，此方法还可以接受一个时间戳参数，允许你创建与特定时间相匹配的 UUID。这在测试或将项目插入已排序序列的特定位置时非常有用。

⏳实际上，Guid.CreateVersion7()会在内部使用NewGuid()。它包含了一个48位的时间戳，并设置了版本和变体位，使其符合UUIDv7标准。这会使它稍微比NewGuid()慢一些。这点需要注意，但是这样的性能影响通常可以忽略不计。

以下是一些其他有趣的更改，绝对不容错过，但可能不会被广泛采用，而是解决更为具体的问题场景。

• 隐式索引访问
• 部分属性
• 支持 ref 结构体
• Base64Url (Base64URL 编码)
• 使用跨度的集合查找功能
• 支持剪枝的特性开关
• Regex.EnumerateSplits 方法
• System.Text.Json 库的新功能
• 有序的键值对字典<TKey, TValue>
• ReadOnlySet<T>
• Debug.Assert 现在报告断言失败
• 新的 Tensor<T> 类型支持

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