.Net中的不可变集合(Immutable Collection)简介
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。
|
Mutable (amortized) |
Mutable (worst case) |
Immutable |
Stack.Push |
O(1) |
O(n) |
O(1) |
Queue.Enqueue |
O(1) |
O(n) |
O(1) |
List.Add |
O(1) |
O(n) |
O(log n) |
HashSet.Add |
O(1) |
O(n) |
O(log n) |
SortedSet.Add |
O(log n) |
O(n) |
O(log n) |
Dictionary.Add |
O(1) |
O(n) |
O(log n) |
SortedDictionary.Add |
O(log n) |
O(n log n) |
O(log n) |
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。
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