.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。