C# FrozenDictionary & FrozenSet — 읽기 전용 고성능 컬렉션

개요

FrozenDictionary<TKey, TValue>와 FrozenSet<T>은 .NET 8에서 도입된 불변 고성능 컬렉션입니다. 생성 시 내부 구조를 최적화해 이후 조회 속도를 Dictionary보다 빠르게 만들지만, 생성 후 수정은 불가합니다.

---

1. 기본 사용

using System.Collections.Frozen;

// FrozenDictionary 생성
var config = new Dictionary<string, string>
{
    ["host"] = "localhost",
    ["port"] = "5432",
    ["db"]   = "mydb"
}.ToFrozenDictionary();

// 읽기 전용 — Add/Remove 없음
string host = config["host"];
bool hasPort = config.ContainsKey("port");

// FrozenSet 생성
var allowedRoles = new[] { "admin", "editor", "viewer" }
    .ToFrozenSet(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

bool isAllowed = allowedRoles.Contains("Admin"); // true

---

2. 성능 특성

연산	Dictionary	FrozenDictionary
생성	빠름	느림 (최적화 포함)
조회 (TryGetValue)	기준	최대 ~2× 빠름
메모리	기준	비슷하거나 적음
수정	가능	불가

내부적으로 키 분포를 분석해 완전 해시 함수(perfect hashing)를 생성하거나, 작은 컬렉션은 선형 탐색을 사용합니다.

---

3. 실전 활용 패턴

3.1 애플리케이션 시작 시 한 번 생성

public static class CountryLookup
{
    private static readonly FrozenDictionary<string, Country> _map =
        LoadCountries().ToFrozenDictionary(c => c.Code);

    public static Country? Find(string code)
        => _map.TryGetValue(code, out var c) ? c : null;
}

3.2 권한 체크용 FrozenSet

public class PermissionChecker(IEnumerable<string> permissions)
{
    private readonly FrozenSet<string> _permissions =
        permissions.ToFrozenSet(StringComparer.Ordinal);

    public bool Has(string permission) => _permissions.Contains(permission);
}

3.3 HTTP 메서드 매핑

var methodHandlers = new Dictionary<string, Func<HttpContext, Task>>
{
    ["GET"]    = HandleGet,
    ["POST"]   = HandlePost,
    ["DELETE"] = HandleDelete,
}.ToFrozenDictionary(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

---

4. 커스텀 비교자

// 대소문자 무시 FrozenDictionary
var headers = rawHeaders.ToFrozenDictionary(
    StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

// 숫자 키 FrozenDictionary
var statusMessages = new Dictionary<int, string>
{
    [200] = "OK",
    [404] = "Not Found",
    [500] = "Internal Server Error",
}.ToFrozenDictionary();

---

5. ImmutableDictionary와의 비교

항목	ImmutableDictionary	FrozenDictionary
불변성	✓	✓
With 연산	✓ (새 인스턴스 반환)	✗
조회 성능	Dictionary보다 느림	Dictionary보다 빠름
목적	불변 수정 가능 컬렉션	읽기 전용 최고 성능

---

6. 언제 사용해야 하나

• 애플리케이션 시작 시 데이터를 로드하고 이후 읽기만 하는 경우
• 핫 경로(hot path)에서 딕셔너리 조회 성능이 병목인 경우
• 설정 값, 코드 테이블, 권한 목록 등 정적 데이터

---

정리

FrozenDictionary와 FrozenSet은 “한 번 빌드, 많이 읽기” 패턴에 최적화된 컬렉션입니다. 정적 데이터 조회가 빈번한 경우 Dictionary를 그대로 두지 말고 ToFrozenDictionary()로 교체하면 의미 있는 성능 향상을 얻을 수 있습니다.