C#中的不可變數(shù)據(jù)類型介紹（不可變對象、不可變集合）
不可變對象
不可變(immutable)： 即對象一旦被創(chuàng)建初始化后，它們的值就不能被改變，之后的每次改變都會產(chǎn)生一個新對象。
var str="mushroomsir";
str.Substring(0, 6)
c#中的string是不可變的，Substring(0, 6)返回的是一個新字符串值，而原字符串在共享域中是不變的。另外一個StringBuilder是可變的，這也是推薦使用StringBuilder的原因。
var age=18;
當(dāng)存儲值18的內(nèi)存分配給age變量時，它的內(nèi)存值也是不可以被修改的。
age=2;
此時會在棧中開辟新值2賦值給age變量，而不能改變18這個內(nèi)存里的值，int在c#中也是不可變的。
class Contact
{
public string Name { get; set; }
public string Address { get; set; }
public Contact(string contactName, string contactAddress)
{
Name = contactName;
Address = contactAddress;
}
}
var mutable = new Contact("二毛", "清華");
mutable.Name = "大毛";
mutable.Address = "北大";
我們實例化MutableContact賦值給mutable，隨后我們可以修改MutableContact對象內(nèi)部字段值，它已經(jīng)不是初始后的值，可稱為可變(mutable)對象。
可變對象在多線程并發(fā)中共享，是存在一些問題的。多線程下A線程賦值到 Name = "大毛" 這一步，其他的線程有可能讀取到的數(shù)據(jù)就是：
mutable.Name == "大毛";
mutable.Address == "清華";
很明顯這樣數(shù)據(jù)完整性就不能保障，也有稱數(shù)據(jù)撕裂。我們把可變對象更改為不可變對象如下：
public class Contact2
{
public string Name { get; private set; }
public string Address { get; private set; }
private Contact2(string contactName, string contactAddress)
{
Name = contactName;
Address = contactAddress;
}
public static Contact2 CreateContact(string name, string address)
{
return new Contact2(name, address);
}
}
使用時只能通過Contact2的構(gòu)造函數(shù)來初始化Name和Address字段。Contact2此時即為不可變對象，因為對象本身是個不可變整體。通過使用不可變對象可以不用擔(dān)心數(shù)據(jù)完整性，也能保證數(shù)據(jù)安全性，不會被其他線程修改。
自定義不可變集合
我們?nèi)ッ杜e可變集合時，出于線程安全的考慮我們往往需要進行加鎖處理，防止該集合在其他線程被修改，而使用不可變集合則能避免這個問題。我們平常使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是采用可變模式來實現(xiàn)的，那怎么實現(xiàn)一個不可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢！以棧來示例，具體代碼如下：
public interface IStack<T> : IEnumerable<T>
{
IStack<T> Push(T value);
IStack<T> Pop();
T Peek();
bool IsEmpty { get; }
}
public sealed class Stack<T> : IStack<T>
{
private sealed class EmptyStack : IStack<T>
{
public bool IsEmpty { get { return true; } }
public T Peek() { throw new Exception("Empty stack"); }
public IStack<T> Push(T value) { return new Stack<T>(value, this); }
public IStack<T> Pop() { throw new Exception("Empty stack"); }
public IEnumerator<T> GetEnumerator() { yield break; }
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return this.GetEnumerator(); }
}
private static readonly EmptyStack empty = new EmptyStack();
public static IStack<T> Empty { get { return empty; } }
private readonly T head;
private readonly IStack<T> tail;
private Stack(T head, IStack<T> tail)
{
this.head = head;
this.tail = tail;
}
public bool IsEmpty { get { return false; } }
public T Peek() { return head; }
public IStack<T> Pop() { return tail; }
public IStack<T> Push(T value) { return new Stack<T>(value, this); }
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
{
for (IStack<T> stack = this; !stack.IsEmpty; stack = stack.Pop())
yield return stack.Peek();
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return this.GetEnumerator(); }
}
1.入棧時會實例化一個新棧對象
2.將新值通過構(gòu)造函數(shù)傳入，并存放在新對象Head位置，舊棧對象放在在Tail位置引用
3.出棧時返回當(dāng)前棧對象的Tail引用的棧對象
使用方法如下：
IStack<int> s1 = Stack<int>.Empty;
IStack<int> s2 = s1.Push(10);
IStack<int> s3 = s2.Push(20);
IStack<int> s4 = s3.Push(30);
IStack<int> v3 = s4.Pop();
foreach (var item in s4)
{
//dosomething
}
每次Push都是一個新對象，舊對象不可修改，這樣在枚舉集合就不需要擔(dān)心其他線程修改了。
Net提供的不可變集合
不可變隊列，不可變列表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如果都自己實現(xiàn)工作量確實有點大。幸好的是Net在4.5版本已經(jīng)提供了不可變集合的基礎(chǔ)類庫。 使用Nuget安裝：
Install-Package Microsoft.Bcl.Immutable
使用如下，和上面我們自定義的幾乎一樣：
ImmutableStack<int> a1 = ImmutableStack<int>.Empty;
ImmutableStack<int> a2 = a1.Push(10);
ImmutableStack<int> a3 = a2.Push(20);
ImmutableStack<int> a4 = a3.Push(30);
ImmutableStack<int> iv3 = a4.Pop();
使用Net不可變列表集合有一點要注意的是，當(dāng)我們Push值時要重新賦值給原變量才正確，因為push后會生成一個新對象，原a1只是舊值：
ImmutableStack<int> a1 = ImmutableStack<int>.Empty;
a1.Push(10); //不正確，a1仍是空值值，push會生成新的棧。
a1 = a1.Push(10); //需要將新棧重新賦值給a1
NET提供的常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
1.ImmutableStack
2.ImmutableQueue
3.ImmutableList
4.ImmutableHashSet
5.ImmutableSortedSet
6.ImmutableDictionary<K, V>
7.ImmutableSortedDictionary<K, V>
不可變集合和可變集合在算法復(fù)雜度上的不同：
不可變優(yōu)點
1.集合共享安全，從不被改變
2.訪問集合時，不需要鎖集合（線程安全）
3.修改集合不擔(dān)心舊集合被改變
4.書寫更簡潔，函數(shù)式風(fēng)格。 var list = ImmutableList.Empty.Add(10).Add(20).Add(30);
5.保證數(shù)據(jù)完整性，安全性
不可變對象缺點
不可變本身的優(yōu)點即是缺點，當(dāng)每次對象/集合操作都會返回個新值。而舊值依舊會保留一段時間，這會使內(nèi)存有極大開銷，也會給GC造成回收負(fù)擔(dān)，性能也比可變集合差的多。
跟string和StringBuild一樣，Net提供的不可變集合也增加了批量操作的API，用來避免大量創(chuàng)建對象：
ImmutableList<string> immutable = ImmutableList<string>.Empty;
//轉(zhuǎn)換成可批量操作的集合
var immutable2 = immutable.ToBuilder();
immutable2.Add("xx");
immutable2.Add("xxx");
//還原成不可變集合
immutable = immutable2.ToImmutable();
我們來對比下可變集合、不可變Builder集合、不可變集合的性能，添加新對象1000W次：
比較代碼如下：
private static void List()
{
var list = new List<object>();
var sp = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < 1000 * 10000; i++)
{
var obj = new object();
list.Add(obj);
}
Console.WriteLine("可變列表集合:"+sp.Elapsed);
}
private static void BuilderImmutableList()
{
var list = ImmutableList<object>.Empty;
var sp = Stopwatch.StartNew();
var blist= list.ToBuilder();
for (int i = 0; i < 1000 * 10000; i++)
{
var obj = new object();
blist.Add(obj);
}
list=blist.ToImmutable();
Console.WriteLine("不可變Builder列表集合:"+sp.Elapsed);
}
private static void ImmutableList()
{
var list = ImmutableList<object>.Empty;
var sp = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < 1000 * 10000; i++)
{
var obj = new object();
list = list.Add(obj);
}
Console.WriteLine("不可變列表集合:" + sp.Elapsed);
}
另外一個缺點比較有趣，也有不少人忽略。 由于string的不可變特性，所以當(dāng)我們使用string在保存敏感信息時，就需要特別注意。
比如密碼 var pwd="mushroomsir"，此時密碼會以明文存儲在內(nèi)存中，也許你稍后會加密置空等，但這都是會生成新值的。而明文會長時間存儲在共享域內(nèi)存中，任何能拿到dump文件的人都可以看到明文，增加了密碼被竊取的風(fēng)險。當(dāng)然這不是一個新問題，net2.0提供的有SecureString來進行安全存儲，使用時進行恢復(fù)及清理。
IntPtr addr = Marshal.SecureStringToBSTR(secureString);
string temp = Marshal.PtrToStringBSTR(addr);
Marshal.ZeroFreeBSTR(addr);
WriteProcessMemory(...)
相關(guān)文章
這篇文章主要介紹了vs2019安裝和使用詳細(xì)圖文教程，本文通過圖文并茂的形式給大家介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下2020-03-03
C# FileStream實現(xiàn)多線程斷點續(xù)傳
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C# FileStream實現(xiàn)多線程斷點續(xù)傳，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2018-03-03
拼圖游戲是常見的一種游戲，本文詳細(xì)的介紹了C#實現(xiàn)拼圖游戲，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2021-11-11
C#將html table 導(dǎo)出成excel實例，需要的朋友可以參考一下2013-04-04
C#實現(xiàn)HTTP訪問類HttpHelper的示例詳解
在項目開發(fā)過程中，我們經(jīng)常會訪問第三方接口，如我們需要接入的第三方接口是Web API,這時候我們就需要使用HttpHelper調(diào)用遠程接口了。本文為大家介紹了C#實現(xiàn)HTTP訪問類HttpHelper的示例代碼，需要的可以參考一下2022-09-09
c#動態(tài)調(diào)用Webservice的兩種方法實例
這篇文章介紹了c#動態(tài)調(diào)用Webservice的兩種方法實例，有需要的朋友可以參考一下2013-08-08
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C#實現(xiàn)QQ聊天窗口，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2022-02-02
這篇文章主要介紹了C#之WinForm跨線程訪問控件,實例講述了跨線程訪問控件的簡單實現(xiàn)方法與用法,需要的朋友可以參考下2014-10-10
使用UGUI提供的ScrollRect和ScrollBar組件實現(xiàn)基本滑動以及自己控制每次移動一頁來達到滑頁的效果。具體實現(xiàn)思路請參考下本教程2016-04-04
這篇文章主要介紹了C#中各種計時器用法,結(jié)合實例形式總結(jié)分析了C#中各種常用時間相關(guān)類實現(xiàn)計時器功能的操作技巧,需要的朋友可以參考下2017-06-06