Stream 在 C# 中是如何工作的？

流是 C# 中的一个基本概念，用于处理可能需要一些时间才能完成的大量数据、网络通信和文件 I/O 操作。在许多情况下，这些操作的持续时间是不可预测的，因此拥有一种在等待结果时不会阻止整个过程的机制至关重要。

Stream 是一个抽象，它们携带一个字节序列。这些字节表示一些信息;一个重要的方面是，在通过 Streams 读取数据时，您不需要在内存中加载所有内容。

Streams 有一些操作，可以读取一些仍然需要加载的信息。这些操作是 Read、Write 和 Seek。那么让我们谈谈它 🧠

使用 Streams 👍 的好处

非阻塞操作：Streams 允许在不冻结主线程的情况下进行数据处理，从而提高应用程序的响应能力。
即时数据访问：即使操作尚未完全完成，您也可以读取或写入数据，从而实现更灵活的数据处理。
资源效率：Streams 通过以块的形式处理数据而不是一次加载所有内容，帮助最大限度地减少内存使用量。
可伸缩性：Streams 非常适合需要大规模数据处理的场景，例如读取日志文件或流式传输多媒体内容。

流👎的潜在缺点

复杂性：处理流可能比处理静态数据更复杂，需要小心处理以避免数据损坏等问题。
错误处理：流可能需要额外的错误处理，因为在流式传输期间可能会发生网络中断或文件损坏。
No Re-reading without Seeking：处理流后，如果不使用 Seek 方法，通常无法返回到前面的点，并非所有流都支持该方法。

可视化流 🧐

理解流的一个有用类比是将它们视为允许数据连续流动的水龙头。就像厨房水龙头一样，流量可以是慢的也可以是快的，具体取决于情况。有些流可能会很快完成，而其他流可能需要更长的时间。

在这个类比中，缓冲区的作用类似于一个桶。它会在数据流动时捕获数据，以便您访问和处理数据。如果水龙头（流）中断，缓冲区将保留到目前为止已收集的内容。这有助于说明数据流的概念以及缓冲区如何管理信息流。

另一个重要方面是知道当缓冲区已满时从何处恢复读取数据。如果无法记住我们在哪里停止，我们就有可能再次读取相同的数据或跳过某些部分。流的游标扮演此角色;在这个类比中，您可以将光标视为水龙头的阀门。它控制水流，允许您根据需要停止和启动溪流，确保您可以继续装满桶而不会损失一滴水。移动光标的过程称为 seek。

在 C# 🔥 中使用 Stream 读取文件内容

下面是使用 C# 中的 FileStream 类从文件中读取数据的示例。_FileStream_ 类继承自抽象 Stream 类，该类提供用于处理流的方法。

using (FileStream stream = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
  byte[] buffer = new byte[1024];
  int bytesRead;

  while((bytesRead = await stream.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Lenght)) > 0)
  {
    string content = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);
    Console.WriteLine(content);
  }
}

在此示例中，我们使用缓冲区（一个字节数组）异步从文件中读取数据。数据根据缓冲区的容量部分流入缓冲区，_while_ 循环继续重新填充缓冲区，直到读取整个流。_Stream_ 类的 Position 属性跟踪光标在流中的最后读取位置，以便我们可以确保可以读取所有数据。

这里我们使用 Encoding.UTF8.GetString（buffer， 0， bytesRead） 将字节信息转换为字符串，但我们可以处理任何时间的信息，因为我们将其作为字节数组。

最后，我们将在控制台上打印每次执行 while 循环的字符串内容。因此，即使文件尚未读取，我们也会将内容打印到屏幕中。

处理流位置和冲洗 👀

如果需要重置流的位置，可以检查 CanSeek 是否_为 true_。如果是这样，您可以使用 Seek 倒回开头：

if (stream.CanSeek)  
{  
  stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);  
}

使用可写流时，请使用 Flush 确保所有缓冲数据都写入底层存储或传输到目标。这对于避免数据丢失至关重要：

using (FileStream stream = new FileStream(filePath, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write))
{
    byte[] dataBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(data);

    stream.Write(dataBytes, 0, dataBytes.Length);

    stream.Flush(); // Ensure all data is written to disk or transmitted
}

流生命周期 ⏱

流的生命周期包括几个关键阶段：创建、使用（读取、写入、查找）和处置。正确了解和管理每个阶段对于高效且无差错的流操作至关重要。

创建：打开数据源（例如文件、内存或网络连接）时，将实例化流。例如，a 打开文件进行读取或写入，而 a 使用内存作为其数据源。实例化期间的配置参数（如文件路径、访问模式和缓冲区大小）设置流的行为和性能特征。FileStreamMemoryStream
使用情况：在使用阶段，数据使用读取、写入和有时查找操作流经流。这些操作与底层数据源交互，以块的形式处理数据，而不是一次处理所有数据，这对于大型数据集或实时处理特别有用。每个操作都可能影响流的位置，由内部游标跟踪，并且需要仔细管理以避免错误，例如读取超过流的末尾或在错误的位置写入。
刷新：对于可写流，尤其是涉及缓冲的流，请务必确保在流关闭之前将缓冲区中的所有数据推送到底层数据源。这是使用该方法完成的，该方法将任何剩余的缓冲数据写入其最终目标，从而防止数据丢失。Flush
Disposal：正确处理流对于释放系统资源（如文件句柄、网络连接或内存缓冲区）至关重要。流实现接口，这意味着它们可以而且应该使用方法或更常见的语句来处理。Disposal 可确保正确关闭和清理所有打开的资源，从而防止可能影响系统稳定性和性能的内存泄漏或文件锁定。IDisposableDisposeusing
错误处理和完成：流在其生命周期中可能会遇到各种错误，例如文件访问问题、网络超时或数据损坏。在流操作周围使用 try-catch 块实现可靠的错误处理可确保您的应用程序能够正常处理这些情况。如果发生错误，正确处理流可确保资源不会悬空，即使在故障情况下也是如此。

管理流生命周期的最佳实践：

使用流时始终使用语句。一旦退出代码块，它就会自动处理流，即使在出现异常的情况下也是如此。using

using (var stream = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read))   
{       
  // Perform read operations }  
  // Stream is automatically disposed here  
}

写入时定期调用，以确保传输或保存所有缓冲数据，尤其是在处理流之前。Flush
在执行操作之前检查、和等属性，以确保流支持所需的操作。CanReadCanWriteCanSeek
在处理大量数据或执行可能阻塞的操作（例如，从慢速网络连接读取）时，请使用异步方法（，）。ReadAsyncWriteAsync

using (FileStream stream = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read))
        {
            // Check if the stream supports reading
            if (stream.CanRead)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024]; // Buffer to hold read bytes
                int bytesRead;

                // Read the data from the stream asynchronously
                while ((bytesRead = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
                {
                    // Convert bytes to string and display
                    string content = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);
                    Console.WriteLine(content);
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("The stream does not support reading.");
            }
        } // The stream is automatically closed and disposed of here

实施错误处理以管理异常，确保在读取或写入操作期间发生错误时正确关闭流。IOException

通过仔细管理流生命周期并遵循这些最佳实践，您可以确保您的应用程序高效处理数据、最大限度地减少资源使用并保持系统稳定性。

C# 🧬 中不同类型的流

虽然此示例使用 _FileStream_，但 C# 提供了各种流实现，包括：

内存流： 将数据存储在内存中，对于临时存储和不需要磁盘写入的操作非常有用。
_NetworkStream_：允许通过网络传输数据，通常用于 TCP/IP 连接。
_CryptoStream_：应用加密转换以实现安全的数据处理，对加密和解密非常有用。
_BufferedStream_：为另一个流添加缓冲，增强重复读/写操作的性能。
_GZipStream_：使用 GZip 算法压缩或解压缩数据，非常适合减少存储空间和传输时间。

每种流类型都有独特的特性，使其适用于 C# 应用程序中的不同场景。选择流时，请考虑数据源、性能要求以及是否需要查找等因素。

流是 C# 中一种基本的通用工具，可为大规模 I/O 操作（如文件处理、网络通信和实时数据处理）实现高效的数据处理。通过掌握流使用的复杂性，包括性能优化、有效的错误处理和适当的生命周期管理，开发人员可以最大限度地利用流的优势来构建响应迅速、资源高效且可扩展的应用程序。