高性能的.NET不可变数组

最新发布的.NET不可变集合中包含了ImmutableArray\u0026lt;T\u0026gt;，一种在只读、索引化的场景中比ImmutableList\u0026lt;T\u0026gt;更快速的选择。ImmutableList\u0026lt;T\u0026gt;在设计时选择了一种平衡的方案。由于其复杂的内部结构，添加新项只能是O(log n)的操作。同样，通过索引读取某项也要耗费O(log n)的时间。

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ImmutableArray\u0026lt;T\u0026gt;则没有这么复杂。它只是一个包装了数组的结构。用ildasm可以看到，它不包含任何其他字段。这意味着从不可变数组中读取只需要O(1)的时间。相反，向不可变数组添加一项则需要对实际数组进行完全拷贝，为O(n)操作。

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Immo Landwerth提出了以下建议：

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使用不可变数组的理由：

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• 极少更新数据，并且元素数量很小（小于16）\u0026#xD;\n
• 对迭代数据的性能要求很高\u0026#xD;\n
• 有很多不可变集合的实例，并且无法负担将它们全放在树中的开销。\u0026#xD;\n

仍然使用不可变列表的理由：

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• 更新数据比较常见，或者元素数量预计不会太小\u0026#xD;\n
• 对更新集合的性能要求比迭代要高\u0026#xD;\n

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作为一个值类型，ImmutableArray\u0026lt;T\u0026gt;在创建时不需要显式初始化。此时，结构将检测到内部空指针，其行为就像是长度为0的数组。

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重大改变

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不可变集合正处于开发过程中，重大变更时有发生。这一次，我们看到Create\u0026lt;T\u0026gt;(IEnumerable\u0026lt;T\u0026gt; items)函数更名为“From”。

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Immo写到，

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我们发现接受IEnumerable\u0026lt;T\u0026gt;参数的重载可能会产生意想不到的结果。你可能认为要通过其他集合创建集合可以使用接受IEnumerable\u0026lt;T\u0026gt;参数的重载：

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但你最终创建的是ImmutableList\u0026lt;List\u0026lt;string\u0026gt;\u0026gt;而不是Immutable\u0026lt;string\u0026gt;，这是因为在进行重载决策时，参数重载的优先级要高于从List\u0026lt;string\u0026gt;到IEnumerable\u0026lt;string\u0026gt;的隐式转换。

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因此我们决定将所有操作IEnumerable\u0026lt;T\u0026gt;的工厂方法改名为From，以消除这种歧义。

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最初的IImmutableList\u0026lt;T\u0026gt;包含一个ValueComparer属性，并匹配WithComparer方法。为了让ImmutableArray\u0026lt;T\u0026gt;保持为一个简单的包装器，就有必要在IImmutableList\u0026lt;T\u0026gt;接口中移除它们。

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扩展方法GetValueOrDefault曾经接受一个IDictionary\u0026lt;TKey, TValue\u0026gt;或IReadOnlyDictionary\u0026lt;TKey, TValue\u0026gt;。如果实际的类同时实现了这两个接口就会引起编译器错误，因此用只接受IImmutableDictaionary\u0026lt;TKey, TValue\u0026gt;的版本进行了替换。

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其他改变

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IImmutableSet\u0026lt;T\u0026gt;新增了TryGetValue方法。如果使用了比较器如StringComparer.OrdinalIgnoreCase，并且想得到集中的实际值而不仅仅是判断是否存在等价的元素时，就需要使用该方法了。

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不可变集合仍然是预览版，并且不允许在生产中使用。它们目前可用于.NET 4.5、Windows Store、Windows Phone 8和Portable Class Library。

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数组的性能

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Jon Skeet最近测试了数组的性能并发现了一些有趣的结果。用包装器包装数组竟然可以使它们能够更快地写入。对一个包含100项的数组进行1亿次写入，字符串数组用了40.865秒，而包装的字符数组只用了29.338秒。读取速度两者差不多，字符数组用了12秒，包装的数组用了11.843秒。

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其原因要追溯到Java了。Java的数组是协变的，也就是说可以将一个String[]传递给任何期望Object[]的参数或变量。.NET的运行时CLR要设计为支持Java，所以也支持协变数组。因此在每次写入数组时CLR都需要执行一次类型检查。

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Jon Skeet的数组包装器与我们上面提到的ImmutableArray中使用的并不相同。它在内部对数组中的每一项使用了基于结构的包装器。由于它只是一个包含了指针的结构，因此并不比数组中存储的普通引用耗费更多的空间。但其设计可以使CLR的JIT编译器忽略类型检查。

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查看英文原文：High Performance Immutable Arrays in .NET