Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
.NET Framework: 2095. C# - .NET5부터 도입된 CollectionsMarshal [링크 복사], [링크+제목 복사]
조회: 4383
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일
 

C# - .NET5부터 도입된 CollectionsMarshal

좋은 글이 있어서 소개합니다. ^^

[C#]CollectionsMarshal の解説
; https://zenn.dev/naminodarie/articles/a950920fe7d1a5

[번역글] CollectionsMarshal 해설
; https://docs.google.com/document/u/1/d/e/2PACX-1vSFmjP4qYtzJi01fpXjuaQpKTo8MWx6_ghCDrLH8TLIibqJ8Xf3p73MgB92GJmWlbVIMHnfwtquGI3_/pub

.NET 5부터 제공하는 CollectionsMarshal 클래스의 사용법과 주의 사항을 잘 설명하고 있습니다. 해당 클래스에는 AsSapn(.NET 5+ 지원)과 GetValueRefOrAddDefault(.NET 6+ 지원) 딱 2개의 메서드가 있는데요, 사실상 C# 7.0부터 추가한 ref 구문을 활용해 성능을 높이려는 마이크로소프트의 노력이 기존 컬렉션 구현에도 적용되기 시작한 경우라고 볼 수 있겠습니다. ^^




굳이 첨언하자면, 해당 예제들이 잘 제어된 코드 내에서 재현이 가능하다는 것을 알고 넘어가는 것도 좋겠습니다.

우선, List의 경우 다음과 같은 예제를 들고 있는데요,

using System.Runtime.InteropServices;

var list = Enumerable.Range(0, 10).ToList();
var span = CollectionsMarshal.AsSpan(list);
span[^1] = -1;
Console.WriteLine(string.Join(", ", list));
// 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, -1

list.Add(100); // 내부 배열이 재확보된다
span[0] = -2;  // 이 span은 list의 내부 배열 참조는 아니다
Console.WriteLine(string.Join(", ", list));
// 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, -1, 100

사실, 위에서 첫 번째 라인을 다음과 같이만 고쳐도,

// var list = Enumerable.Range(0, 10).ToList();

List<int> list = new List<int>() { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

/* 또는 이렇게,
List<int> list = new List<int>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    list.Add(i);
}
*/

출력 결과는 본문과는 다르게 나옵니다.

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, -1
-2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, -1, 100

왜냐하면, List<T> 타입의 버퍼 운영이 2배수로 늘어나는 방식이기 때문입니다.

// List<T>.EnsureCapacity 메서드 코드 (.NET 버전 따라 바뀔 수 있음)

private void EnsureCapacity(int min)
{
    if (_items.Length < min)
    {
        int newCapacity = _items.Length == 0 ? DefaultCapacity : _items.Length * 2;

        if ((uint)newCapacity > Array.MaxArrayLength) newCapacity = Array.MaxArrayLength;
        if (newCapacity < min) newCapacity = min;
        Capacity = newCapacity;
    }
}

위의 코드에서 재미있는 것은 DefaultCapacity == 4라는 점입니다. 그래서 요소가 하나라도 있다면 List의 경우 기본으로 4개의 요소를 담을 수 있는 공간을 확보합니다. 이후로는 2배수로 진행하기 때문에 Add에 의한 용량 증가가 4, 8, 16, 32...로 늘어나 갈수록 확률이 낮아집니다.

또한, 원본 글의 예제 코드가 정확하게 문제를 재현할 수 있었던 것은, Enumerable.Range에 이은 ToList의 구현이 정확하게 Capacity를 지정해서 생성하기 때문입니다.

// System.Linq.Enumerable.RangeIterator 소스 코드

public List<int> ToList()
{
    List<int> list = new List<int>(_end - _start);
    for (int cur = _start; cur != _end; cur++)
    {
        list.Add(cur);
    }

    return list;
}

그래서 "list.Add(100)" 단 하나의 추가 코드로 인해 내부 배열을 (기존 10개에서) 20개로 새로 할당하는 과정을 거치게 된 것입니다.




위에서, 제가 List<T>의 경우 기본 크기가 4, 이후 2배수로 늘어난다고 했는데요, Dictionary<TKey, TValue>의 경우에는 또 다릅니다.

Dictionary는 내부 배열의 증가를 소수(prime)에 해당하는 크기만큼 바꾸도록 정하고 있는데요,

// System.Collections.Generic.Dictionary 소스 코드

private int Initialize(int capacity)
{
    int size = HashHelpers.GetPrime(capacity);
    int[] buckets = new int[size];
    Entry[] entries = new Entry[size];

    // Assign member variables after both arrays allocated to guard against corruption from OOM if second fails
    _freeList = -1;
#if TARGET_64BIT
    _fastModMultiplier = HashHelpers.GetFastModMultiplier((uint)size);
#endif
    _buckets = buckets;
    _entries = entries;

    return size;
}

그래서 요소가 한 개 추가된 경우 기본 크기가 (소수인) 3개가 되었고,

// System.Collections.HashHelpers에 미리 정의된 소수

public static readonly int[] primes = new int[72]
{
    3, 7, 11, 17, 23, 29, 37, 47, 59, 71,
    89, 107, 131, 163, 197, 239, 293, 353, 431, 521,
    631, 761, 919, 1103, 1327, 1597, 1931, 2333, 2801, 3371,
    4049, 4861, 5839, 7013, 8419, 10103, 12143, 14591, 17519, 21023,
    25229, 30293, 36353, 43627, 52361, 62851, 75431, 90523, 108631, 130363,
    156437, 187751, 225307, 270371, 324449, 389357, 467237, 560689, 672827, 807403,
    968897, 1162687, 1395263, 1674319, 2009191, 2411033, 2893249, 3471899, 4166287, 4999559,
    5999471, 7199369
};

해당 예제에서는 2번의 추가 Add를 했을 때 그 수에 이르렀기 때문에,

using System.Runtime.InteropServices;

var dic = new Dictionary<string, int> {
   { "foo", 1 },
};
bool exists;
ref var foo = ref CollectionsMarshal.GetValueRefOrAddDefault(dic, "foo", out exists);
System.Diagnostics.Debug.Assert(exists);
ref var bar = ref CollectionsMarshal.GetValueRefOrAddDefault(dic, "bar", out exists);
System.Diagnostics.Debug.Assert(!exists);

foo++;
bar++;
Console.WriteLine(string.Join(", ", dic));
// [foo, 2], [bar, 1]

dic.Add("baz", -1);
foo++;
Console.WriteLine(dic["foo"]);
// 3

dic.Add("foobar", -1); // 여기에서 재확보 된다
foo++; // foo는 dic의 내부 참조가 아니다
Console.WriteLine(dic["foo"]);
// 3

내부에서 Resize 과정을 거쳐,

// System.Collections.Generic.Dictionary 소스 코드

private bool TryInsert(TKey key, TValue value, InsertionBehavior behavior)
{
    // ...[생략]...

    int count = _count;
    if (count == entries.Length)
    {
        Resize();
        bucket = ref GetBucket(hashCode);
    }

    // ...[생략]...
}

private void Resize() => Resize(HashHelpers.ExpandPrime(_count), false);

재할당이 발생한 것입니다. 즉, 이것 역시 내부 요소 수가 커지면서 재할당이 발생할 확률이 낮아지므로 Span을 통한 예제 출력 결과가 원문에서 쓴 것처럼 나오지 않을 수도 있습니다.

물론, 어쨌든 원문 저자가 말한 것처럼, "값을 추가하기 전후로 사용하거나 하면 위험"하다는 것에는 변함이 없습니다.




Enumeration 작업을 할 때 컬렉션이 변경되면 "Collection was modified; enumeration operation may not execute." 이런 예외가 발생하는데요, 혹시 위에서도 가능할까요?

이를 위해 확장 메서드가 좋을 듯한데, 아쉽게도 확장 메서드는 제네릭 지원을 하지 못해 다음과 같이 타입을 지정해야만 합니다.

static class ListHelper
{
    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public static void AddEx(this List<int> list, int item)
    {
#if DEBUG        
        int old = list.Capacity;
#endif
        list.Add(item);
#if DEBUG
        if (list.Capacity != old)
        {
            throw new InvalidOperationException("Collection was modified; Add operation may not execute.");
        }
#endif
    }
}

위의 코드로 다시 실행하면,

List<int> list = Enumerable.Range(0, 10).ToList();

list.AddEx(500); // 예외 발생 InvalidOperationException

목적은 달성했지만, 음... 여러모로 깔끔하지 않군요. ^^




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]







[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 3/27/2024]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




1  2  3  4  5  6  7  8  [9]  10  11  12  13  14  15  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
13407정성태9/4/20233590닷넷: 2139. C# - ParallelEnumerable을 이용한 IEnumerable에 대한 병렬 처리
13406정성태9/4/20233559VS.NET IDE: 186. Visual Studio Community 버전의 라이선스
13405정성태9/3/20233985닷넷: 2138. C# - async 메서드 호출 원칙
13404정성태8/29/20233529오류 유형: 876. Windows - 키보드의 등호(=, Equals sign) 키가 눌리지 않는 경우
13403정성태8/21/20233330오류 유형: 875. The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY EB3E94ADBE1229CF
13402정성태8/20/20233408닷넷: 2137. ILSpy의 nuget 라이브러리 버전 - ICSharpCode.Decompiler
13401정성태8/19/20233637닷넷: 2136. .NET 5+ 환경에서 P/Invoke의 성능을 높이기 위한 SuppressGCTransition 특성 [1]
13400정성태8/10/20233489오류 유형: 874. 파이썬 - pymssql을 윈도우 환경에서 설치 불가
13399정성태8/9/20233466닷넷: 2135. C# - 지역 변수로 이해하는 메서드 매개변수의 값/참조 전달
13398정성태8/3/20234297스크립트: 55. 파이썬 - pyodbc를 이용한 SQL Server 연결 사용법
13397정성태7/23/20233793닷넷: 2134. C# - 문자열 연결 시 string.Create를 이용한 GC 할당 최소화
13396정성태7/22/20233505스크립트: 54. 파이썬 pystack 소개 - 메모리 덤프로부터 콜 스택 열거
13395정성태7/20/20233417개발 환경 구성: 685. 로컬에서 개발 중인 ASP.NET Core/5+ 웹 사이트에 대해 localhost 이외의 호스트 이름으로 접근하는 방법
13394정성태7/16/20233371오류 유형: 873. Oracle.ManagedDataAccess.Client - 쿼리 수행 시 System.InvalidOperationException
13393정성태7/16/20233558닷넷: 2133. C# - Oracle 데이터베이스의 Sleep 쿼리 실행하는 방법
13392정성태7/16/20233452오류 유형: 872. Oracle - ORA-01031: insufficient privileges
13391정성태7/14/20233504닷넷: 2132. C# - sealed 클래스의 메서드를 callback 호출했을 때 인라인 처리가 될까요?
13390정성태7/12/20233449스크립트: 53. 파이썬 - localhost 호출 시의 hang 현상
13389정성태7/5/20233476개발 환경 구성: 684. IIS Express로 호스팅하는 웹을 WSL 환경에서 접근하는 방법
13388정성태7/3/20233606오류 유형: 871. 윈도우 탐색기에서 열리지 않는 zip 파일 - The Compressed (zipped) Folder '[...].zip' is invalid. [1]파일 다운로드1
13387정성태6/28/20233644오류 유형: 870. _mysql - Commands out of sync; you can't run this command now
13386정성태6/27/20233713Linux: 61. docker - 원격 제어를 위한 TCP 바인딩 추가
13385정성태6/27/20233932Linux: 60. Linux - 외부에서의 접속을 허용하기 위한 TCP 포트 여는 방법
13384정성태6/26/20233657.NET Framework: 2131. C# - Source Generator로 해결하는 enum 박싱 문제파일 다운로드1
13383정성태6/26/20233419개발 환경 구성: 683. GPU 런타임을 사용하는 Colab 노트북 설정
13382정성태6/25/20233478.NET Framework: 2130. C# - Win32 API를 이용한 윈도우 계정 정보 (예: 마지막 로그온 시간)파일 다운로드1
1  2  3  4  5  6  7  8  [9]  10  11  12  13  14  15  ...