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，一种在只读、索引化的场景中比 ImmutableList更快速的选择。ImmutableList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。

ImmutableArray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。

Immo Landwerth 提出了以下建议：

使用不可变数组的理由：

• 极少更新数据，并且元素数量很小（小于 16）
• 对迭代数据的性能要求很高
• 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。

仍然使用不可变列表的理由：

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

作为一个值类型，ImmutableArray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。

重大改变

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(IEnumerable items) 函数更名为“From”。

Immo 写到，

我们发现接受 IEnumerable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参数的重载：

但你最终创建的是 ImmutableList<List> 而不是 Immutable，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到 IEnumerable的隐式转换。

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

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

扩展方法 GetValueOrDefault 曾经接受一个 IDictionary<TKey, TValue> 或 IReadOnlyDictionary<TKey, TValue>。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<TKey, TValue> 的版本进行了替换。

其他改变

IImmutableSet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。

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。

数组的性能

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。

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。

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。

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