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從內部剖析C# 集合之--Dictionary

編輯:C#入門知識

Dictionary和hashtable用法有點相似,他們都是基於鍵值對的數據集合,但實際上他們內部的實現原理有很大的差異,   先簡要概述一下他們主要的區別,稍後在分析Dictionary內部實現的大概原理。   區別:1,Dictionary支持泛型,而Hashtable不支持。           2,Dictionary沒有裝填因子(Load Facto)概念,當容量不夠時才擴容(擴容跟Hashtable一樣,也是兩倍於當前容量最小素數),Hashtable是“已裝載元素”與”bucket數組長度“大於裝載因子時擴容。           3,Dictionary內部的存儲value的數組按先後插入的順序排序,Hashtable不是。          4,當不發生碰撞時,查找Dictionary需要進行兩次索引定位,Hashtable需一次,。    Dictionary采用除法散列法來計算存儲地址,想詳細了解的可以百度一下,簡單來說就是其內部有兩個數組:buckets數組和entries數組(entries是一個Entry結構數組),entries有一個next用來模擬鏈表,該字段存儲一個int值,指向下一個存儲地址(實際就是bukets數組的索引),當沒有發生碰撞時,該字段為-1,發生了碰撞則存儲一個int值,該值指向bukets數組.           下面跟上次一樣,按正常使用Dictionary時,看內部是如何實現的。   一,實例化一個Dictionary, Dictionary<string,string> dic=new Dictionary<string,string>();       a,調用Dictionary默認無參構造函數。       b,初始化Dictionary內部數組容器:buckets int[]和entries<T,V>[],分別分配長度3。(內部有一個素數數組:3,7,11,17....如圖:);     二,向dic添加一個值,dic.add("a","abc");        a,將bucket數組和entries數組擴容3個長度。        b,計算"a"的哈希值,        c,然後與bucket數組長度(3)進行取模計算,假如結果為:2        d,因為a是第一次寫入,則自動將a的值賦值到entriys[0]的key,同理將"abc"賦值給entriys[0].value,將上面b步驟的哈希值賦值給entriys[0].hashCode,          entriys[0].next 賦值為-1,hashCode賦值b步驟計算出來的哈希值。       e,在bucket[2]存儲0。   三,通過key獲取對應的value,  var v=dic["a"];      a, 先計算"a"的哈希值,假如結果為2,      b,根據上一步驟結果,找到buckets數組索引為2上的值,假如該值為0.      c, 找到到entriys數組上索引為0的key,            1),如果該key值和輸入的的“a”字符相同,則對應的value值就是需要查找的值。            2) ,如果該key值和輸入的"a"字符不相同,說明發生了碰撞,這時獲取對應的next值,根據next值定位buckets數組(buckets[next]),然後獲取對應buckets上存儲的值在定位到entriys數組上,......,一直到找到為止。            3),如果該key值和輸入的"a"字符不相同並且對應的next值為-1,則說明Dictionary不包含字符“a”。       Dictionary裡的其他方法就不說了,各位可以自己去看源碼,下面來通過實驗來對比Hashtable和Dictionary的添加和查找性能,   1,添加元素速度測評。        循環5次,每次內部在循環10次取平均值,PS:代碼中如有不公平的地方望各位指出,本人知錯就改。    代碼:     復制代碼 static void Main(string[] args)         {             for (int i = 0; i < 5; i++)             {                 Console.WriteLine(string.Format("第{0}次執行:", i + 1));                 Add();                 Console.WriteLine("-------華麗的分分隔線---------");             }                          Console.ReadKey();         }         public static void Add()         {             Hashtable ht = new Hashtable();             Stopwatch st = new Stopwatch();               long ticks1 = 0;             for (int j = 0; j < 10; j++)             {                 st.Reset();                 st.Start();                 for (int i = 0; i < 1000000; i++)                 {                     ht.Add(i, i);                 }                 st.Stop();                 ticks1 += st.ElapsedTicks;                 ht.Clear();             }               Console.WriteLine(string.Format("Hashtable添加:{0}個元素,消耗:{1}", 1000000, ticks1 / 10));               Dictionary<int, int> dic = new Dictionary<int, int>();             ticks1 = 0;             for (int j = 0; j < 10; j++)             {                 st.Reset();                 st.Start();                 for (int i = 0; i < 1000000; i++)                 {                     dic.Add(i, i);                 }                 st.Stop();                 ticks1 += st.ElapsedTicks;                 dic.Clear();             }                          Console.WriteLine(string.Format("Dictionary添加:{0}個元素,消耗:{1}", 1000000, st.ElapsedTicks));         } 復制代碼  結果:       通過運行結果來看,HashTable 速度明顯慢於Dictionary,相差一個數量級。我個人分析原因可能為:      a,Hashtable不支持泛型,我向你添加的int類型會發生裝箱操作,而Dictionary支持泛型。      b,Hashtable在擴容時會先new一個更大的數組,然後將原來的數據復制到新的數組裡,還需對新數組裡的key重新哈希計算(這可能是最性能影響最大的因素)。而Dictionary不會這樣。   2,查找速度測評(兩種情況:值類型和引用類型)   1 值類型     復制代碼   static void Main(string[] args)         {                         //  GetByString();               GetByInt();                          Console.ReadKey();         }             public static void GetByInt()         {             //Hashtable             Hashtable hs = new Hashtable();             Dictionary<int, int> dic = new Dictionary<int, int>();               for (int i = 0; i < 10000000; i++)             {                 hs.Add(i, i);                 dic.Add(i, i);             }             long ticks = 0;             Stopwatch st = new Stopwatch();             st.Reset();             for (int i = 0; i < 10; i++)             {                 st.Start();                 var result = hs[99999+i];                 st.Stop();                 ticks += st.ElapsedTicks;                 st.Reset();             }             Console.WriteLine(string.Format("Hashtable查找10次,平均消耗:{0}", (float)ticks / 10));               //Dictionary             ticks = 0;             st.Reset();             for (int i = 0; i < 10; i++)             {                 st.Start();                 var result = dic[i];                 st.Stop();                 ticks += st.ElapsedTicks;                 st.Reset();             }             Console.WriteLine(string.Format("Dictionary查找10次,平均消耗:{0}", (float)ticks / 10));         } 復制代碼 運行結果       2,引用類型         復制代碼  1 static void Main(string[] args)  2         {  3            GetByString();  4               5             Console.ReadKey();  6         }  7   8         public static void GetByString()  9         { 10             //Hashtable 11             Hashtable hs = new Hashtable(); 12             Dictionary<string, string> dic = new Dictionary<string, string>(); 13  14             for (int i = 0; i < 1000000; i++) 15             { 16                 hs.Add(i.ToString(), i.ToString()); 17                 dic.Add(i.ToString(), i.ToString()); 18             } 19             long ticks = 0; 20             Stopwatch st = new Stopwatch(); 21             st.Reset(); 22             string key = "9999"; 23             for (int i = 0; i < 10; i++) 24             { 25                 st.Start(); 26                 var result = hs[key]; 27                 st.Stop(); 28                 ticks += st.ElapsedTicks; 29                 st.Reset(); 30             } 31             Console.WriteLine(string.Format("Hashtable查找10次,平均消耗:{0}", (float)ticks / 10)); 32  33             //Dictionary 34             ticks = 0; 35             st.Reset(); 36             for (int i = 0; i < 10; i++) 37             { 38                 st.Start(); 39                 var result = dic[key]; 40                 st.Stop(); 41                 ticks += st.ElapsedTicks; 42                 st.Reset(); 43             } 44             Console.WriteLine(string.Format("Dictionary查找10次,平均消耗:{0}", (float)ticks / 10)); 45         } 復制代碼 運行結果            根據上面實驗結果可以得出:    a,值類型,Hashtable和Dictionary性能相差不大,Hashtable稍微快於Dictionary.    b,引用類型:Hashtable速度明顯快於Dictionary。

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