C#动态表达式树应用，在使用workflow-core开源框架的时候，发现加载json流程模板就使用了这个技术

chenzhenxu
67 阅读6分钟

在使用workflow-core开源框架的时候，发现加载json流程模板就使用了这个技术。了解了一下，比较强大，不过阅读起来和书写起来没那么直观。配合ai整理了一下相关概念，方便学习。 C# 中的动态表达式树是一项强大的元编程特性，它允许你将代码逻辑表示为可遍历和操作的数据结构，并在运行时动态生成和编译代码。下面的表格汇总了其核心应用场景，帮助你快速了解它能解决什么问题。

应用场景核心要解决的问题关键技术手段
​动态查询构建​应对用户界面（UI）上复杂且多变的筛选、排序需求，避免硬编码大量if/else语句。动态拼接 Where、OrderBy等查询条件的表达式树节点。
​高性能反射替代​解决传统反射（如 PropertyInfo.GetValue/MethodInfo.Invoke）在频繁调用时性能开销大的问题。将属性访问、方法调用等逻辑编译成强类型委托并缓存。
​可配置业务规则引擎​将易变的业务规则（如折扣策略）从代码中解耦，实现无需重新部署即可修改业务逻辑。将文本或配置规则解析并组合成表达式树，编译执行。
​ORM 框架查询转换​将 C# 的 LINQ 查询（如 p => p.Age > 18）转换为底层数据库的 SQL 语句。LINQ 提供程序（如 Entity Framework）解析表达式树结构并翻译成 SQL。
​动态代码生成与 AOP​在运行时生成全新的类或方法，或在现有方法执行前后注入通用逻辑（如日志、性能监控）。使用 Expression.Block等构建复杂逻辑块，实现方法拦截或动态类型创建。

💻 动态查询构建

在桌面应用或数据管理系统中，经常需要让用户通过界面自由组合查询条件（例如，“查找所有价格高于100元且库存大于10的商品”）。如果为每种可能的组合都编写硬代码，将导致代码臃肿且难以维护。

表达式树允许你像拼接“乐高积木”一样，根据用户的选择动态构建查询逻辑。基本步骤通常包括：

  1. ​定义参数​：创建代表数据实体的参数表达式，如 ParameterExpression productParam = Expression.Parameter(typeof(Product), "p");。
  2. ​构建条件单元​：为每个筛选条件（如“价格高于100”）构建相应的二元表达式，例如 Expression.GreaterThan(Expression.Property(productParam, "Price"), Expression.Constant(100))。
  3. ​组合条件​：根据用户选择的逻辑运算符（“并且”、“或者”），使用 Expression.AndAlso或 Expression.OrElse方法将多个条件表达式连接起来。
  4. ​编译与执行​：将最终组合好的表达式树编译成 Func<T, bool>类型的委托，并应用于 IQueryable数据源进行查询。

这种方式不仅灵活，而且通过与 IQueryable接口配合，可以被 Entity Framework 等 ORM 转换为高效的 SQL 语句，避免了从数据库拉取全部数据再到内存中过滤的性能损耗。

⚡ 高性能反射替代

反射是 C# 中强大的机制，但频繁使用 MethodInfo.Invoke或 PropertyInfo.GetValue/SetValue会带来显著的性能开销，因为每次调用都需要进行参数验证、装箱拆箱等操作。

表达式树提供了一种“编译一次，运行万次”的高性能解决方案。其核心思想是：​通过表达式树生成一个强类型的委托，并将这个委托缓存起来重复使用。这样，动态调用的开销就从每次调用时的反射开销，变为了一次性的编译开销，后续每次执行的性能都接近直接编写的原生代码。

例如，需要动态访问一个对象的某个属性时，可以这样做：

// 传统反射方式，性能较差
var value = propertyInfo.GetValue(myObject);

// 使用表达式树优化
// 1. 构建表达式树： (obj) => ((MyObject)obj).PropertyName
ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(object), "obj");
MemberExpression propertyAccess = Expression.Property(Expression.Convert(param, typeof(MyObject)), "PropertyName");
Func<object, object> getter = Expression.Lambda<Func<object, object>>(propertyAccess, param).Compile();

// 2. 缓存 getter 委托，后续可高效调用
var fastValue = getter(myObject);

这种方法在框架开发中非常常见，例如一些序列化库或映射工具（如 AutoMapper）内部就采用类似技术来提升性能。

⚙️ 可配置业务规则引擎

在企业级应用中，业务规则（如“如果客户是VIP且订单金额超过500元，则享受95折”）经常变化。如果将这些规则硬编码在程序里，每次修改都需要开发人员介入、重新编译和部署整个应用。

利用表达式树，可以构建一个灵活的可配置规则引擎。

  1. ​规则配置​：业务人员可以通过 UI 界面或配置文件（如 JSON/XML）来定义规则。
  2. ​规则解析与编译​：程序在启动时或检测到配置变更时，将这些文本规则解析成表达式树结构，并编译成委托。例如，将规则“Order.Total > 500”解析为 Expression.GreaterThan(Expression.Property(orderParam, "Total"), Expression.Constant(500))。
  3. ​执行与缓存​：当需要评估规则时，直接调用编译好的委托，传入业务对象（如订单）即可得到结果。编译后的委托会被缓存，确保高效执行。

这使得应用程序能够快速响应业务变化，实现了业务逻辑与核心代码的解耦。

🛠️ 进阶应用场景

除了上述常见场景，表达式树还有一些更高级的用途：

  • ​ORM 框架的基石​：像 Entity Framework 和 Dapper 这样的 ORM 库，其核心功能就是将 LINQ 查询转换为 SQL。它们通过解析你编写的 Lambda 表达式（本质上是表达式树）的结构，理解你的查询意图，然后生成针对特定数据库的 SQL 命令。没有表达式树，这种“语言集成查询”的能力就无法实现。
  • ​动态代码生成与 AOP​：使用 Expression.Block可以创建包含变量声明和多个语句的代码块，从而实现更复杂的动态逻辑。这可以用于在运行时动态创建新的类型，或者实现面向切面编程（AOP），例如在不修改原有代码的情况下，为方法动态添加日志记录、性能监控或事务管理等横切关注点。

💡 使用建议与注意事项

虽然表达式树功能强大，但在使用时也需要考虑以下几点：

  • ​性能权衡​：表达式树的编译过程（Compile方法）有一定开销。因此，最佳实践是将编译后的委托缓存起来，避免重复编译，这样才能发挥其性能优势。
  • ​代码复杂度​：手动构建表达式树的 API 相对底层和复杂，代码可读性不如普通的 C# 代码。建议仅在确实需要动态生成的场景下使用，对于静态逻辑，直接编写 Lambda 表达式即可。
  • ​调试难度​：调试动态生成的表达式树比调试静态代码要困难。

希望这份详细的场景介绍能帮助你更好地理解和运用 C# 的动态表达式树。如果你对某个具体场景的实现细节有进一步的兴趣，我们可以继续深入探讨。

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