如何以不可变的方式实现缓存？答案

【问题标题】：How do I implement caching in an immutable way?如何以不可变的方式实现缓存？
【发布时间】：2014-03-03 01:35:26
【问题描述】：

我已经阅读了 heard 和 immutability 的很多好东西，所以我决定在我的一个爱好项目中尝试一下。我将我的所有字段声明为只读，并创建了所有通常会改变对象以返回新的修改版本的方法。

在我遇到这样一种情况之前，它工作得很好，一个方法应该通过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来优化。特别是，tree path compression 在union find algorithm 中会发生这种情况。

当用户调用int find(int n) 时，对象在外人看来是未经修改的。它在概念上表示相同的实体，但它的内部字段已发生变化以优化运行时间。

如何以不可变的方式实现这一点？

【问题讨论】：

我想说，如果你以线程安全的方式进行突变，并且它不会被外人检测到，那么它可以被认为是不可变的。
@Joe 但这样我必须自己维护线程安全。据我所知，不变性的美妙之处在于，我只需指定 readonly 关键字就可以将其留给语言。
但你说过你想改变它。如果您不以线程安全的方式执行此操作，您将失去不可变类型的好处之一（线程安全）。
我可以想象一个解决方案，你的类有一个惰性求值的属性（可能使用Lazy<T>）来实现你的优化。
Chris Okasaki 有一本书《函数式数据结构》，也许对你有帮助（如果你还没有读过的话）。

标签： c# immutability

【解决方案1】：

简短回答：您必须自己确保线程安全。

字段上的readonly 关键字可确保在构造包含该字段的对象后无法修改该字段。因此，您可以对该字段进行的唯一写入包含在构造函数中（或字段初始化中），并且在构造对象之前无法通过方法调用进行读取，因此readonly 的线程安全。

如果你想实现缓存，你打破了只发生一次写入的假设（因为“缓存写入”可以而且将会在你读取期间发生），因此在糟糕的情况下可能会出现线程问题（认为你正在阅读来自文件的行，两个线程可以使用相同的参数调用 find 方法，但读取两个不同的行，因此得到不同的结果）。你想要实现的是observational immutability。这个related question about memoization 可以帮助你得到一个优雅的答案。

【讨论】：