.NET8 正式リリース、C#12 の新機能

.NET 8 では、AI、クラウドネイティブ、パフォーマンス、Native AOT など、さまざまな面で強化が図られていますが、私が最も注目しているのは C# 言語とフレームワークレベルの変更点です。以下では、C# 12 とフレームワークの中で、私が実用的だと考える新機能を紹介します。

.NET Conf 2023 で、.NET 8 が正式にリリースされました。.NET 8 は長期サポート（LTS）バージョンであり、3 年間のサポートとパッチが提供されます。私たちもフレームワークを .NET Core 3.1 から 8 にアップグレードする予定です。アップグレードの方法については、完了後に改めて共有します。

.NET 8 を使用するには、関連する SDK をインストールする必要があります。次のアドレスからダウンロードするか、VS2022 を 17.8 にアップグレードしてください：https://dotnet.microsoft.com/ja-jp/download/dotnet/8.0

.NET 8 では、AI、クラウドネイティブ、パフォーマンス、Native AOT など、さまざまな面で強化が図られていますが、私は C# 言語とフレームワークレベルの変更点に最も注目しています。以下では、C# 12 とフレームワークの中で、私が実用的だと考える新機能を紹介します。すべての更新内容は公式ドキュメントをご覧ください：https://learn.microsoft.com/ja-jp/dotnet/core/whats-new/dotnet-8

シリアル化の強化

他の型の組み込みサポート

Half、Int128、UInt128 の型をシリアル化できるようになりました。.NET 7 ではこれらの型をシリアル化してもエラーにはなりませんでしたが、内容を正しく取得できませんでした。
ReadOnlyMemory、Memory 型をシリアル化できるようになりました。
T が byte 型の場合、シリアル化結果は base64 文字列になり、それ以外の場合は JSON 配列になります。

using System.Text.Json;
//出力：[65500,170141183460469231731687303715884105727,340282366920938463463374607431768211455]
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(new object[] { Half.MaxValue, Int128.MaxValue, UInt128.MaxValue }));
//出力："AQIDBAUG"
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize<ReadOnlyMemory<byte>>(new byte[] { 1,2,3,4,5,6}));
//出力：[1,2,3]
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize<Memory<int>>(new int[] { 1, 2, 3 }));

インターフェース階層

IDerived value = new DerivedImplement { Base = 0, Derived = 1 };
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(value));
//出力：{"Base":0,"Derived":1}

public interface IBase
{
    public int Base { get; set; }
}

public interface IDerived : IBase
{
    public int Derived { get; set; }
}

public class DerivedImplement : IDerived
{
    public int Base { get; set; }
    public int Derived { get; set; }
}

上記のコードでは、IDerived インターフェースが IBase インターフェースを継承した後、2 つのプロパティを持つようになります。

以前のバージョン（3.1、6、7）では、2 つのプロパティを持つインターフェース IDerived を使用してオブジェクトのインスタンス化を受け取り、シリアル化すると、結果は {"Derived":1} のみでした。継承されたプロパティ Base は認識されませんでした。

.NET 8 ではこれが改善され、期待通りの結果が得られるようになりました。注意すべき点として、これまで回避策を使用して処理していた場合、アップグレード後に対象を絞ったテストと調整が必要になる可能性があります。

命名ポリシー

次の図は、.NET 8 でのシリアル化における命名ポリシーのサポートを示しています。

以前のバージョン（3.1、6、7）では、CamelCase のみがサポートされていました。.NET 8 で新たに追加されたポリシーは次のとおりです。

KebabCaseLower：小文字のハイフン区切り（例：user-name）。
KebabCaseUpper：大文字のハイフン区切り（例：USER-NAME）。
SnakeCaseLower：小文字のアンダースコア区切り（例：user_name）。
SnakeCaseUpper：大文字のアンダースコア区切り（例：USER_NAME）。

var options1 = new JsonSerializerOptions
{
    PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.KebabCaseLower,
};
var options2 = new JsonSerializerOptions
{
    PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.KebabCaseUpper,
};
var options3 = new JsonSerializerOptions
{
    PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.SnakeCaseLower,
};
var options4 = new JsonSerializerOptions
{
    PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.SnakeCaseUpper,
};
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(new UserInfo() { UserName = "oec2003" }, options1));
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(new UserInfo() { UserName = "oec2003" }, options2));
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(new UserInfo() { UserName = "oec2003" }, options3));
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(new UserInfo() { UserName = "oec2003" }, options4));

public class UserInfo
{
    public string? UserName { get; set; }
}

結果は次のとおりです。

API を呼び出して直接オブジェクトを取得

次の図のようなデータを返す API があるとします。

.NET 8 より前のバージョンでこの API のデータを取得するには、まず API の内容を取得し、それを逆シリアル化する必要がありました。コードは次のとおりです。

const string RequestUri = "http://localhost:5145/user";
using var client = new HttpClient();
var stream =await client.GetStreamAsync(RequestUri);
//逆シリアル化
var users = JsonSerializer.DeserializeAsyncEnumerable<UserInfo>(stream);
await foreach(UserInfo user in users)
{
    Console.WriteLine($"名前：{user.userName}");
}
Console.ReadKey();

public record UserInfo(string userName);

.NET 8 では、GetFromJsonAsAsyncEnumerable メソッドを直接呼び出すことで、逆シリアル化を行わずにオブジェクトを直接取得できます。

const string RequestUri = "http://localhost:5145/user";
using var client = new HttpClient();
IAsyncEnumerable<UserInfo> users = client.GetFromJsonAsAsyncEnumerable<UserInfo>(RequestUri);

await foreach (UserInfo user in users)
{
    Console.WriteLine($"名前： {user.userName}");
}
Console.ReadKey();

public record UserInfo(string userName);

上記 2 つのコードの結果は同じで、次の図のようになります。

乱数の強化

.NET 8 では、Random クラスに GetItems() メソッドが追加されました。指定された数だけ、提供されたコレクションからデータ項目をランダムに抽出して新しいコレクションを生成できます。

ReadOnlySpan<string> colors = new[]{"Red","Green","Blue","Black"};

string[] t1 = Random.Shared.GetItems(colors, 10);
Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(t1));

//出力例：["Black","Green","Blue","Blue","Green","Blue","Green","Black","Green","Blue"]
//実行のたびに異なります
Console.ReadKey();

Random の Shuffle() メソッドを使用すると、コレクション内のデータ項目の順序をランダムに並べ替えることができます。

string[] colors = new[]{"Red","Green","Blue","Black"};
Random.Shared.Shuffle(colors);

Console.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(colors));

Console.ReadKey();

パフォーマンスを向上させる新しい型

FrozenDictionary<TKey,TValue> と FrozenSet が追加されました。これらの型は System.Collections.Frozen 名前空間にあります。これらの型のコレクションを作成すると、キーと値の変更が一切許可されなくなるため、より高速な読み取り操作が可能になります。

以下は、BenchmarkDotNet を使用して FrozenDictionary と Dictionary をテストするコードです。

BenchmarkRunner.Run<FrozenDicTest>();
Console.ReadKey();

[SimpleJob(RunStrategy.ColdStart, iterationCount:5)]
public class FrozenDicTest
{
    public static Dictionary<string, string> dic = new() {
        { "name1","oec2003"},
        { "name2","oec2004"},
        { "name3","oec2005"}
    };

    public static FrozenDictionary<string, string> fdic = dic.ToFrozenDictionary();

    [Benchmark]
    public void TestDic()
    {
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            dic.TryGetValue("name", out _);
        }
    }

    [Benchmark]
    public void TestFDic()
    {
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            fdic.TryGetValue("name", out _);
        }
    }
}

テスト結果から、効果が顕著であることがわかります。

新しく追加された System.Buffers.SearchValues クラスは、文字列の検索とマッチングに使用できます。string 型の操作と比較して、パフォーマンスが大幅に向上しています。以下も BenchmarkDotNet を使用したテストです。

BenchmarkRunner.Run<SearchValuesTest>();
Console.ReadKey();

[SimpleJob(RunStrategy.ColdStart, iterationCount: 5)]
public class SearchValuesTest
{
    [Benchmark]
    public void TestString()
    {
        var str = "!@#$%^&*()_1234567890ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            str.Contains("z");
        }
    }

    [Benchmark]
    public void TestSearchValues()
    {
        var sv = SearchValues.Create("!@#$%^&*()_1234567890ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"u8);
        byte b = (byte)"z"[0];
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            sv.Contains(b);
        }
    }
}

実行結果から、約 5 倍のパフォーマンス向上が見られます。

依存性注入の強化

.NET 8 より前のバージョンでは、依存性注入は次のように記述していました。

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddTransient<IUser, UserA>();

var app = builder.Build();

app.MapGet("/user", (IUser user) =>
{
    return $"hello , {user.GetName()}";
});

app.Run();

internal interface IUser
{
    string GetName();
}
internal class UserA: IUser
{
    public string GetName() => "oec2003";
}

IUser インターフェースに 2 つの実装がある場合、上記のコードでは最後に登録されたクラスのインスタンスしか取得できません。1 つのインターフェースに複数の実装クラスを注入するには、追加のコードを記述する必要があり、煩雑でした。

.NET 8 では、注入キーワードが追加され、簡単に実現できるようになりました。次のコードを参照してください。

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddKeyedSingleton<IUser, UserA>("A");
builder.Services.AddKeyedSingleton<IUser, UserB>("B");

var app = builder.Build();

app.MapGet("/user1", ([FromKeyedServices("A")] IUser user) =>
{
    return $"hello , {user?.GetName()}";
});
app.MapGet("/user2", ([FromKeyedServices("B")] IUser user) =>
{
    return $"hello , {user?.GetName()}";
});

app.Run();

internal interface IUser
{
    string GetName();
}
internal class UserA: IUser
{
    public string GetName() => "oec2003";
}
internal class UserB : IUser
{
    public string GetName() => "oec2004";
}

.NET8 正式リリース、C#12 の新機能

シリアル化の強化

他の型の組み込みサポート

インターフェース階層

命名ポリシー

API を呼び出して直接オブジェクトを取得

乱数の強化

パフォーマンスを向上させる新しい型

依存性注入の強化

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