不可變集合，顧名思義就是說集合是不可被修改的。集合的數(shù)據(jù)項(xiàng)是在創(chuàng)建的時候提供，并且在整個生命周期中都不可改變。

為什么要用immutable對象？immutable對象有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1. 對不可靠的客戶代碼庫來說，它使用安全，可以在未受信任的類庫中安全的使用這些對象
2. 線程安全的：immutable對象在多線程下安全，沒有競態(tài)條件
3. 不需要支持可變性, 可以盡量節(jié)省空間和時間的開銷. 所有的不可變集合實(shí)現(xiàn)都比可變集合更加有效的利用內(nèi)存 (analysis)
4. 可以被使用為一個常量，并且期望在未來也是保持不變的

immutable對象可以很自然地用作常量，因?yàn)樗鼈兲焐褪遣豢勺兊膶τ趇mmutable對象的運(yùn)用來說，它是一個很好的防御編程（defensive PRogramming）的技術(shù)實(shí)踐。

微軟.NET團(tuán)隊(duì)已經(jīng)正式發(fā)布了不可變集合，可以通過Nuget添加，包括了下面的不可變集合：

System.Collections.Immutable.ImmutableArray

System.Collections.Immutable.ImmutableArray<T>

System.Collections.Immutable.ImmutableDictionary

System.Collections.Immutable.ImmutableDictionary<TKey,TValue>

System.Collections.Immutable.ImmutableHashSet

System.Collections.Immutable.ImmutableHashSet<T>

System.Collections.Immutable.ImmutableList

System.Collections.Immutable.ImmutableList<T>

System.Collections.Immutable.ImmutableQueue

System.Collections.Immutable.ImmutableQueue<T>

System.Collections.Immutable.ImmutableSortedDictionary

System.Collections.Immutable.ImmutableSortedDictionary<TKey,TValue>

System.Collections.Immutable.ImmutableSortedSet

System.Collections.Immutable.ImmutableSortedSet<T>

System.Collections.Immutable.ImmutableStack

System.Collections.Immutable.ImmutableStack<T>

MSDN的文檔參考 https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.collections.immutable.aspx ，怎么使用呢？我們來看一個例子，假設(shè)你已經(jīng)建立了一個計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，你需要一個不可變的設(shè)計(jì)，在多線程操作的情況下不需要擔(dān)心數(shù)據(jù)損壞。例如，你需要通過一個輔助線程打印數(shù)據(jù)的一個快照，這種方式避免阻塞用戶的編輯操作，允許用戶繼續(xù)編輯而不影響打印。

可變的數(shù)據(jù)模型是這樣：

class Order
{
    public Order()
    {
        Lines = new List<OrderLine>();
    }

    public List<OrderLine> Lines { get; private set; }
}

class OrderLine
{
    public int Quantity { get; set; }
    public decimal UnitPrice { get; set; }
    public float Discount { get; set; }

    public decimal Total
    {
        get
        {
         return Quantity * UnitPrice * (decimal) (1.0f - Discount);
        }
    }
}

下面我們把它轉(zhuǎn)換為不可變的設(shè)計(jì)：

class OrderLine
{
    public OrderLine(int quantity, decimal unitPrice, float discount)
    {
        Quantity = quantity;
        UnitPrice = unitPrice;
        Discount = discount;
    }

    public int Quantity { get; private set; }

    public decimal UnitPrice { get; private set; }

    public float Discount { get; private set; }

    public decimal Total
    {
        get
        {
         return Quantity * UnitPrice * (decimal) (1.0f - Discount);
        }
    }
}

這種新設(shè)計(jì)要求您創(chuàng)建一個訂單，每當(dāng)任何屬性值變化創(chuàng)建一個新實(shí)例。您可以通過添加 WithXxx 方法，使您可以更新單個屬性而無需顯式調(diào)用構(gòu)造函數(shù):

class OrderLine
{
    // ...

    public OrderLine WithQuantity(int value)
    {
        return value == Quantity
                ? this
                : new OrderLine(value, UnitPrice, Discount);
    }

    public OrderLine WithUnitPrice(decimal value)
    {
        return value == UnitPrice
                ? this
                : new OrderLine(Quantity, value, Discount);
    }

    public OrderLine WithDiscount(float value)
    {
        return value == Discount
                ? this
                : new OrderLine(Quantity, UnitPrice, value);
    }
}

這使得不可變使用起來比較簡單：

OrderLine apple = new OrderLine(quantity: 1, unitPrice: 2.5m, discount: 0.0f);

OrderLine discountedAppled = apple.WithDiscount(.3f);

現(xiàn)在讓我們看看我們?nèi)绾温鋵?shí)訂單的不變性。Lines 屬性已經(jīng)是只讀的但它指的是可變對象。因?yàn)樗且粋€集合，它可以容易地通過簡單地將它替換 ImmutableList <T>轉(zhuǎn)換:

class Order
{
    public Order(IEnumerable<OrderLine> lines)
    {
        Lines = lines.ToImmutableList();
    }

    public ImmutableList<OrderLine> Lines { get; private set; }

    public Order WithLines(IEnumerable<OrderLine> value)
    {
        return Object.ReferenceEquals(Lines, value)
            ? this
            : new Order(value);
    }
}

這種設(shè)計(jì)有一些有趣的屬性:

• 該構(gòu)造函數(shù)接受 IEnumerable <T>，允許傳遞任何集合中。

• 我們使用 ToImmutableList() 擴(kuò)展方法，將轉(zhuǎn)換為 ImmutableList <OrderLine>。如果該實(shí)例已經(jīng)是不可變的列表，它會簡單地轉(zhuǎn)換而不是創(chuàng)建一個新的集合。

• 該 WithLines() 方法遵循 我們的訂單公約，如果新的列表和當(dāng)前列表是相同的就可以避免創(chuàng)建一個新的實(shí)例。

我們還可以加一些便利的方法來使它更易于更新訂單行:

class Order
{
    //...

    public Order AddLine(OrderLine value)
    {
        return WithLines(Lines.Add(value));
    }

    public Order RemoveLine(OrderLine value)
    {
        return WithLines(Lines.Remove(value));
    }

    public Order ReplaceLine(OrderLine oldValue, OrderLine newValue)
    {
        return oldValue == newValue
                ? this
                : WithLines(Lines.Replace(oldValue, newValue));
    }
}

增補(bǔ)訂單的代碼看起來是這樣子：

OrderLine apple = new OrderLine(quantity: 1, unitPrice: 2.5m, discount: 0.0f);
Order order = new Order(ImmutableList.Create(apple));

OrderLine discountedApple = apple.WithDiscount(discount);
Order discountedOrder = order.ReplaceLine(apple, discountedApple);

這種設(shè)計(jì)的好處是，它盡可能避免了不必要的對象創(chuàng)建。例如，當(dāng)折扣的值等于 0.0 f，即時沒有折扣,，discountedApple 和 discountedOrder 引用現(xiàn)有實(shí)例的蘋果和訂單。

這是因?yàn)?

1.apple.WithDiscount() 將返回蘋果的現(xiàn)有實(shí)例，因?yàn)樾碌恼劭凼窍嗤劭蹖傩缘漠?dāng)前值。

2.order.ReplaceLine() 如果兩個參數(shù)都相同，將返回現(xiàn)有實(shí)例。

我們不變的集合其他操作遵循這種最大化重用。例如，將訂單行添加到 1000 的訂單行的訂單與 1,001 訂單行不會創(chuàng)建整個的新列表。相反，它將重用現(xiàn)有列表一大塊。這是可能的因?yàn)榱斜韮?nèi)部結(jié)構(gòu)是為一棵樹，允許共享不同實(shí)例的節(jié)點(diǎn)。

這里有兩個視頻介紹可變性集合：

 Immutable Collections for .NET

 Inner workings of immutable collections

不可變集合的系列博客推薦：

Exploring the .NET CoreFX Part 9: Immutable Collections and the Builder 

Exploring the .NET CoreFX Part 13: ImmutableList is an AVL Tree

Exploring the .NET CoreFX Part 14: Inside Immutable Collections