.Net不可变集合Immutable Collection

今天发现MS在Nuget上发布了一个Immutable Collection的程序集，提供了对不可变对象的集合的支持。

简单的看了一下，貌似支持的还比较全：

• ImmutableArray<T>

• ImmutableStack<T>

• ImmutableQueue<T>

• ImmutableList<T>

• ImmutableHashSet<T>

• ImmutableSortedSet<T>

• ImmutableDictionary<K, V>

• ImmutableSortedDictionary<K, V>

使用方式比较简单，一个简单的示例如下（对对Immutable特性不熟悉的朋友请注意输出结果和List的区别）：

    var color1 = ImmutableArray.Create("orange", "red", "blue");
    var color2 = color1.Add("black");

    Console.WriteLine(">>> color1: " + color1);
    Console.WriteLine(">>> color2: " + color2);

Immutable Builders

由于Immutable对象的更改操作是生成你一个新的对象，因此当频繁更改时，开销是比较大的。因此，和传统的Immutable对象string有一个StringBuild一样，对于Immutable集合，也提供了相应的Immutable Builder对象来进行批量更新操作。

为了方便使用，还提供了两个扩展函数ToBuilder()和ToImmutable()在Immutable Builder和Immutable集合间快速互相转换。

    var color2Builder = color1.ToBuilder();
    color2Builder.Add("black");
    color2Builder.Add("white");
    var color2 = color2Builder.ToImmutable();

性能

下表是MS给出的基本集合操作的性能，还是令人满意的。具体的数据结构暂时没有时间去研究它，感觉大部分应该都是树。

不过，由于每次对集合操作都会生成新的副本（并不会拷贝集合成员），应该是有额外的内存开销的，从它的性能上来看，应该是一种空间换时间的做法，有空再研究一下。

使用场景

Immutable由于具有不可变性，天生是线程安全的，因此非常适宜于多线程场景。例如，在遍历的时候，为了防止遍历期间集合被破坏，传统的做法有如下两种

1. 锁定法：

    lock (list)
    {
        foreach (var item in list)
        {
            //do something
        }
    }

如果遍历的时间较长，会长期锁定集合，导致其它的调用处饿死。为了解决这种情况，又有下一种做法。

2. 副本法

    lock (list)
    {
        var listCopy = list.ToArray();    
    }

    foreach (var item in listCopy)
    {
        //do something
    }

这种方式的最大问题是每次遍历都要生成副本，如果遍历比较频繁则开销较大。PS：这种场景下仍然需要lock(生成副本的时候)。

另外，这两种地方都需要对对象加锁，加锁除了影响性能外，还需要在每一个使用的地方都加锁，并且还需要避免死锁。这个基本上和内存泄漏一样对程序员来说是是一个非常大的负担

而Immutable集合天生线程安全，可以不用加锁直接遍历，不仅性能更加优异，代码也更加优雅，能帮助我们快速实现稳定高效的程序。