以List为例浅谈C#的学习方法

前言：关于学习方法的讨论其实是个比较模糊的概念，对于List的介绍的资料其实已经很多了，但是一般是介绍List本身，我打算分享的是，以温故List为例，来获取新知识的这么一个过程。这里的新知识也不是什么新知识，依旧是算法、泛型、迭代器和GC回收机制等相关术语，只不过通过对List再分析，对这些东西的运用有了些新的认知，我要分享的就是再分析的这么一个过程，姑且允许我将其称为学习方法吧，最起码它是比较适合我的一种学习方法。另外，如果对List已经了解很深或者兴趣不大的话，可以直接跳过1、2节一大堆无聊的测试，直接看总结，甚至跳过此文也未尝不可。

1、  抛砖（List的关键属性Capacity）

前言已经说明是温故List，所以List是什么我也不打算花篇幅再次介绍（更何况一点点的介绍其扩容机制、迭代器和一些内部方法篇幅也会比较大，那就成了介绍List本身了，个人也不见得能总结得多好），这里我温故的就是List的扩容机制。

用反编译工具看过List<T>源码的同学，应该都知道List对象在创建的时候其私有变量_defaultCapacity的值是4。

（此截图来源与ILspy打开的List<T>源码部分，以下关于List<T>的源码部分均是如此）

这个地方让我很长一段时间以为List对象在创建的时候就已经为它内部的数组对象，分配了4个元素，以后调用Add方法就以Capacity*2的线性速度增长，可事实狠狠的打了我一把脸，且看下面这段代码及其运行结果：

回过头来再看源码，发现Capacity属性返回的是内部数组元素的长度，所以刚开始初始化的时候并没有被私有变量初始化，而且就算初始化的时候想给数组4个元素，也不知道List<T>对象中T的实例（T为引用类型的情况下），该分配多少内存CLR是不知道的。

所以我猜测_defaultCapacity赋值给Capacity是在List首次调用Add方法，或者带元素初始化的时候，果不其然，看下面这段代码：

找到源码验证一下：

那么扩容的机制也就理所当然的被我们找到了，就是EnsureCapacity方法，this._szie是当前List元素个数，this._items是内部数组根据Capacity扩容后的数组长度，扩容触发的条件是this._size+1>this._items.Length， 总结说来就是，Capacity的初始值是0，在不主动改变Capacity的情况下使用Add方法会初始化为4，当List元素达到4且继续调用Add的话Capacity就会乘以2变成8，然后如此反复，直到达到2146435071（应该是2^31-1）为止。

2、  引玉（主动操作Capacity是否可带来性能的提升）

通过第1节的分析，想要Add到1亿级别的数量，需要扩容27次，2^27破亿（Capacity从0到4一次，从4到2^27花26次）

那么，正常初始化1亿Int32类型数据需要耗时多久呢？通过下面这段代码可以发现是681ms。

假如我把Capacity初始值设置为1亿，省去那26次扩容带来的时间损耗呢？

为了避免电脑CPU时间段的差异对结果造成影响，我分别运行了3次，不初始化Capacity的情况下耗时700ms左右，初始化Capacity的情况下耗时450ms左右，这么说来是可以带来一定性能的提升的。那么把Capacity设置为3千万，让它扩容两次破亿：

这么一看减少扩容次数是可以带来性能上的提升的。但是这里List集合是值类型的集合，换成引用类型又当如何呢？看如下代码：

减少扩容次数后：

结论依旧是可以带来性能上的提升的。但是个人觉得实际应用中通过设置Capacity去提升性能是不可取的，一方面是使用了对性能的提升并没有显著的改善，况且上亿级别的数据需要缓存的话，一般会使用专门的缓存服务器，另一方面是数据量不好确认，Capacity的设置很难合理，而且使用List的初衷，本来就是为了方便。而且看下面这段代码，我把Test的实例对象放进循环里（实际应用中这也更符合测试思路，毕竟上面的测试List存的都是同一个实例对象），还不等你提升性能，CLR托管内存就爆了，GC都回收不过来了。

3、  总结（知新）

对这次List的重温，更全面的了解其扩容机制，此间带来的收获主要在以下几点：

（1）       Capacity的设置确实能为List的初始化带来性能的提升，但是一般情况下不使用这种方式。

（2）       List扩容的这种机制其实很巧妙，在自定义集合中有值得借鉴的地方。

（3）       意识到托管内存不宜缓存大量数据，同时引导我再次了解GC处理机制。

（4）       List内部变量在方法体的使用中，使用了大量的lock规避引用冲突，这种严谨在多线程、iis线程池等引用的过程中，也是非常值得借鉴的。

（5）       为以后学习其它类似特性的对象提供了思路，假如我现在需要学习一个新的组件或框架，我首先会寻找它的API文档和使用说明、动手测试、大胆猜想、借助源码以及再测试来求证……。