.NET中的泛型集合

在這裏主要介紹常見的泛型集合，很多時候其並發時的線程安全性常常令我們擔憂。因而簡述下.NET並發時線程安全特性，其詳情請見MSDN。

• 普通集合都不支持多重並發寫操作
• 部分支持單線程寫和並發讀操作
• 同時.NET4添加了大量並發集合

首先介紹常見的泛型集合接口，其大部分都位於System.Collection.Generic命名空間。

• IEnumerable<T>，其可以獲取一個IEnumerator<T>叠代器，如果從數據庫的角度來看，前者是表，後者是遊標，同時這兩個接口是唯一具有可變性的集合接口。
• ICollection<T>，它擴展了IEnumerable<T>，添加了Count和IsReadOnly屬性，Add和Remove等操作方法，Contains等判定函數，所有的標準泛型集合都實現了該接口。
• IList<T>，提供定位功能，包括一個索引器、Insert和RemoveAt，我們通常認為可以通過索引對該泛型集合進行隨機訪問。、
• IDictionary<TKey, TValue>，表示鍵值對集合，擴展了ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>，取值可以用TryXXX方式。
• ISet<T>表示唯一值集，包含大量集合操作：交、並、補。

接下來介紹具體的集合泛型集合類型，在實際中需要根據具體場景選擇最適合的集合類型。

• List<T>，其是列表的默認選擇，內含一個數組，並且提供列表的邏輯大小Count和後臺數組的大小Capacity，當數組滿了時，會進行擴容。由於是連續型的數據結構，其添加刪除操作的成本較高，提供二分查找，查找效率高。同時，其Sort操作會修改原始列表的內容，與OrderBy不同，並且Sort是不穩定的，會出現相等元素順序不同的情況。
• 數組，最基礎的集合，均派生自System.Array，包括一維數組T[10]，二維數組T[10, 20]等，通過Array類的靜態方法進行ConvertAll、FindAll和BinarySearch等操作。
• Colletion<T>，位於System.Colletion.ObjectModel命名空間，為BindingList<T>和ObservableCollection<T>等擴展類型提供基類。與雙向綁定相關的集合類型，註意它們只會在包裝器發生變化發出通知，而基礎列表改變時不會引發任何事件。
• ReadOnlyCollection<T>和ReadOnlyObservableCollection<T>，其也類似於包裝器，後者實現了INotifyCollectionChanged, INotifyPropertyChanged兩個接口。
• Dictionary<TKey, TValue>，使用散列表，查找性能的優劣取決於散列函數的優劣，默認使用Equals和GetHashCode，可以通過制定IEqualityComparer<TKey>作為參數。
• SortList<TKey, TValue>和SortedDictionary<TKey, TValue>，兩者都是字典類，前者內部維護一個排序的數組，添加刪除操作的事件復雜度為O(n)，後者內部維護一個紅黑樹，添加刪除操作事件復雜度為O(log n)，但會消耗更多的堆內存，使用IComparer<TKey>作比較。
• HashSet<T>，是不含值的Dictionary<,>，具有相同性能特性，並且所維護順序一般與添加順序無關。
• SortedSet<T>，是沒有值得SortedDictionary<,>，維護一個紅黑樹，添加刪除和檢查操作的事件復雜度為O(log n)。提供GetViewBetween方法返回介於原始集上下限之間的另一個SortedSet<T>，註意這是一個動態的視圖，會隨著原始集的改變而改變。盡管看起來很方便，但需要註意的是"天下沒有免費的午餐"，為保持內部一致性，操作的代價更大。
• Queue<T>，構建一個環形緩沖區，實際維護一個基礎數組，包含兩個索引，分別記住入隊和出隊的位置(Slot)，如果入隊指針追上出隊指針，則進行擴容。提供Enqueue、Dequeue、Peek等方法進行入隊、出隊、查看操作。
• Stack<T>，其實現更簡單，可以看做是一個提供Push、Pop、Peek操作的List<T>。

最後介紹並行集合，也就是線程安全的集合。（註意所有的並發類型都未實現IList<T>接口）

• IProducerConsumerCollection<T>和BlockingCollection<T>，前者是生產者/消費者模型中數據存儲的抽象，後者是其包裝類，使用ConcurrentQueue<T>作為後臺存儲，提供ToArray方法獲得集合當前狀態快照，TryXXX方法允許有效的失敗模式減少對鎖的需求。（例如，當隊列中只有一個項時，兩個線程同時判斷它是否有項，並且都返回true，這是一個線程執行了出隊操作，而另外一個線程在執行出隊操作時，將拋出異常，因而需要對驗證隊列是否有項操作和有項就出隊操作作為一個整體，需要添加鎖）
• ConcurrentBag<T>，ConcurrentQueue<T>，ConcurrentStack<T>，它們是對IProducerConsumerCollection<T>的實現，其GetEnumerator()方法返回集合快照，叠代時可以改變集合，但該改變不會反應到叠代器中。
• ConcurrentDictionary<TKey, TValue>， 實現了IDictionary<TKey, TValue>接口。支持並發的讀寫和線程安全的叠代，但不同是，其在叠代過程中對字典的改變不能確定是否反應到叠代器上。

小節：在日常工作中，當遇到需要並發操作非集合類型的全局變量時，需要使用鎖來處理；而當是集合類型時，就需要使用對應的並行集合類來處理，其能很好的TPL協作在一起。尤其在使用非線程安全的字典類進行並發操作時，有時會出現死循環等情形，尤其需要註意。

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參考文獻

1. Jon, Skeet. 深入理解C#(第3版)[M]. 北京:人民郵電出版社, 2014. 469-483

快速入門系列--CLR--03泛型集合