如何以不可变的方式实现缓存？

Question

如何以不可变的方式实现缓存？

c#immutability

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我已经阅读并听说了很多关于不可变性的好处，所以我决定在我的一个兴趣项目中尝试它。我将所有字段声明为只读，并使通常会改变对象的所有方法返回一个新的修改版本。

这很好用，直到我遇到了一种情况：一个方法应该根据外部协议返回有关对象的某些信息而不修改它，但同时可以通过修改内部结构进行优化。特别是，在并查集算法中的树路径压缩中会发生这种情况。

当用户调用int find(int n)时，对象对外人来说似乎没有被修改。从概念上讲，它代表同一实体，但其内部字段被改变以优化运行时间。

我如何以不可变的方式实现这一点？

- Max Yankov

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我认为，如果您以线程安全的方式进行变异，并且外部人员无法检测到，则可以将其视为不可变。 - Joe

@Joe 但是那样我就必须自己维护线程安全。就我所知，不可变性的美妙之处在于只需指定readonly关键字，就可以将其交给语言处理。 - Max Yankov

但是你说过你想要改变它。如果你不以线程安全的方式进行操作，那么你将失去不可变类型的一个好处（线程安全）。 - Joe

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我可以想象一种解决方案，其中您的类具有延迟评估属性（可能使用 Lazy<T>），该属性实现了您的优化。 - Joe

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有一本由Chris Okasaki所著的《函数数据结构》的书，也许它可以帮助你（如果你还没有阅读过它的话）。 - Pavel Davydov

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1个回答

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- dureuill · Accepted Answer

简短回答：您必须自己确保线程安全。

在字段上使用readonly关键字可以确保对象构造后包含该字段的对象不能被修改。因此，这个字段的唯一写入可以在构造函数（或字段初始化）中进行，并且在对象构造之前不会发生方法调用读取，因此readonly是线程安全的。

如果您想要实现缓存，就会打破只有一个写入发生的假设（因为“缓存写入”可能会在读取期间发生），因此在糟糕情况下可能会出现线程问题（比如从文件中读取行，两个线程可以使用相同的参数调用查找方法，但读取两行并因此获得不同的结果）。您想要实现的是观察型不可变性。这个相关问题关于记忆化也许可以帮助您找到一个优雅的答案。