LINQ 是什么？

不过多赘述，引用来自 MSDN 上的介绍。

Language-Integrated 查询（LINQ）是基于将查询功能直接集成到 C# 语言的一组技术的名称。传统上，针对数据的查询表示为简单字符串，无需在编译时进行类型检查或 IntelliSense 支持。此外，必须了解每种数据源类型的不同查询语言：SQL 数据库、XML 文档、各种 Web 服务等。使用 LINQ 时，查询是一流的语言构造，就像类、方法和事件一样。

编写查询时，LINQ 最明显的“语言集成”部分是查询表达式。查询表达式以声明性 查询语法编写。通过使用查询语法，可以使用最少的代码对数据源执行筛选、排序和分组作。使用相同的查询表达式模式从任何类型的数据源查询和转换数据。

基本语法

查询表达式(Query Syntax)

int[] numbers = [1, 3, 5, 7, 9, 10, 20];
var evenNumbers =
    from n in numbers
    where n % 2 == 0
    orderby n descending
    select n;

foreach (var num in evenNumbers)
    Console.WriteLine(num);

from：指定数据源
where：过滤条件
orderby：排序
select：投影（选择字段或新类型）

方法链(Method Syntax)

int[] numbers = [1, 3, 5, 7, 9, 10, 20];
var evenNumbers = numbers
    .Where(n => n % 2 == 0)
    .OrderByDescending(n => n);

foreach (var num in evenNumbers)
    Console.WriteLine(num);

Where、Select、OrderBy 等都是定义在 System.Linq.Enumerable（针对内存集合）或 Queryable（针对可查询提供者，如 EF）的扩展方法。

个人比较偏向使用链式调用，感觉更明显直接，所以接下来所有代码都以链式调用为示例。

执行机制

延迟执行(Deferred Execution)

LINQ 查询表达式本身不会立即执行，只有在对结果进行枚举（foreach、.ToList()、.ToArray()、.Count() 等操作）时才真正遍历数据源并执行逻辑。

即时执行(Immediate Execution)

某些方法会立即触发查询：

聚合操作：.Count(), .Sum(), .Max(), .Average()
转换为集合：.ToList(), .ToArray(), .ToDictionary()

int[] numbers = [1, 3, 5, 7, 9, 10, 20];

var query = numbers.Where(n => n > 5); // 不执行
Console.WriteLine("定义完成");

var list = query.ToList(); // 现在才遍历执行
Console.WriteLine("执行完成，共有 " + list.Count + " 个元素");

操作符分类

分类	方法示例	说明
过滤	`.Where(...)`	条件过滤
投影	`.Select(...)`,`.SelectMany(...)`	映射到新类型或扁平化集合
排序	`.OrderBy(...)`,`.ThenBy(...)`	升序、降序排序
分组	`.GroupBy(...)`	按键分组
聚合	`.Count()`,`.Sum()`,`.Max()`,`.Min()`,`.Average()`	聚合计算
分区	`.Skip(n)`,`.Take(n)`	跳过前 n 项或获取前 n 项
连接	`.Join(...)`,`.GroupJoin(...)`,`.Zip(...)`	内连接、外连接、拉链
元素	`.First()`,`.FirstOrDefault()`,`.Single()`,`.ElementAt()`	获取单个元素
集合运算	`.Distinct()`,`.Union()`,`.Intersect()`,`.Except()`	去重、并集、交集、差集
转换	`.ToList()`,`.ToArray()`,`.ToDictionary()`	转换为不同集合类型

典型示例

分组与聚合

var orders = new[]
{
    new Order { Customer = "张三", Amount = 100 },
    new Order { Customer = "李四", Amount = 200 },
    new Order { Customer = "王五", Amount = 650 },
    new Order { Customer = "张三", Amount = 300 },
    new Order { Customer = "李四", Amount = 250 },
    new Order { Customer = "李四", Amount = 100 }
};

var result = orders.GroupBy(o => o.Customer)
    .Select(g => new
    {
        Customer = g.Key, TotalAmount = g.Sum(o => o.Amount), Count = g.Count()
    })
    .OrderBy(x => x.TotalAmount);

foreach (var order in result)
    Console.WriteLine($"姓名: {order.Customer}, 总消费: {order.TotalAmount}, 次数: {order.Count}");



class Order
{
    public string? Customer { get; set; }
    public int Amount { get; set; }
}

// 按 总消费 顺序输出:
// 姓名: 张三, 总消费: 400, 次数: 2
// 姓名: 李四, 总消费: 550, 次数: 3
// 姓名: 王五, 总消费: 650, 次数: 1

多数据源连接

Student[] students =
[
    new() { Id = 1, Name = "张三" },
    new() { Id = 2, Name = "李四" },
    new() { Id = 3, Name = "王五" }
];
Score[] scores = [
    new() { StudentId = 1, Value = 90 },
    new() { StudentId = 2, Value = 85 },
    new() { StudentId = 3, Value = 78 }
];

var query = students
    .Join(scores, s => s.Id, sc => sc.StudentId, (s, sc) => new { s.Name, sc.Value });

query.ToList().ForEach(item =>
    Console.WriteLine($"{item.Name} 的成绩是 {item.Value}")
);

class Student
{
    public int Id;
    public string? Name;
}

class Score
{
    public int StudentId;
    public int Value;
}

// 输出：
// 张三 的成绩是 90
// 李四 的成绩是 85
// 王五 的成绩是 78

提供程序(LINQ Provider)与表达式树

LINQ Provider 实现了核心接口 IQueryProvider，负责将构造好的表达式树（Expression）解析、翻译并执行到目标数据源上。

关键接口

public interface IQueryProvider
{
    IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement>(Expression expression);
    TResult Execute<TResult>(Expression expression);
}

工作流程

表达式树构建：所有对 IQueryable<T> 的扩展方法调用都会累积成一棵包含查询操作的表达式树。
解析与翻译：查询提供程序遍历表达式树，将节点映射为目标后端的查询指令（如 T-SQL、XPath 等）或本地迭代逻辑。
执行与映射：执行翻译生成的查询，并将返回的原始数据映射为 CLR 对象或基本类型。

常见实现

Provider	接口/类型	数据源类型
LINQ to Objects	`Enumerable`+`IEnumerable`	内存集合
LINQ to Entities (EF)	`EntityQueryProvider`+`IQueryable`	关系型数据库 (SQL)
LINQ to XML	`XContainer`查询方法	XML 文档
PLINQ	`ParallelQuery`	并行处理的内存集合
自定义 Provider	自定义 `IQueryProvider`	任意后端（REST API、自有缓存等）

性能优化

缓存查询结果：对同一查询多次枚举时，使用 .ToList() 或 .ToArray() 缓存结果，避免重复计算。
合理分批加载：结合 .Skip(n).Take(m) 分页或批处理，减少单次数据量。
最小化投影字段：在 EF Core、LINQ to SQL 中，仅选择所需字段以减少网络与内存开销。
表达式复用：将常用过滤、排序表达式封装为 Expression<Func<T, bool>> 以便重用。
谨慎使用 PLINQ：仅对 CPU 密集型、可无序分区的内存集合并行处理，避免在 I/O 密集型场景或需保序逻辑中使用。