从内部剖析C# 集合之---- HashTable

这是我在博客园的第一篇文章，写的不好或有错误的地方，望各位大牛指出，不甚感激。

计划写几篇文章专门介绍HashTable,Dictionary,HashSet,SortedList,List 等集合对象，从内部剖析原理，以便在实际应用中有针对性的选择使用。 这篇文章先介绍HashTable  。

先例举几个问题：1，Hashtable为什么速度查询速度快，而添加速度相对慢，且其添加和查询速度之比相差一个数量等级？

2，装填因子（ Load Factor）是什么，hashtable默认的装填因子是多少？

3，hashtable里的元素是顺序排序的吗？

4，hashtable内部的数据桶（数组）默认长度多少，其长度为什么只能是素数？

Hashtable中的数据实际存储在内部的一个数据桶里（bucket结构数组），其和普通的数组一样，容量固定，根据数组索引获取值。

下面从正常使用Hashtable场景看内部是如何实现的，内部都做了哪些工作。

一，new一个Hashtable，Hashtable ht=new Hashtable();

Hashtable有多个构造函数，常用的是无参构造函数：Hashtable ht=new Hashtable(),在new一个hashtable时，其内部做了如下工作：调用Hashtable(int capacity,float loadFactor),其中capacity为：0，loadFactor为：1，然后初始化bocket数组大小为3，装载因子为0.72（该值是微软权衡后给的值）,如下图所示，该图截取Reflector

二,向Hashtable添加一个元素，ht.Add("a","123")

   1，判断当前Hashtable :ht的元素个数与bucket数组之比是否超过装载因子0.72，

1）小于0.72：对a进行哈希取值，然后将得到的值与bucket数组长度进行取模计算，将取模的结果插入到bucket数组对应索引，将“123”赋值其value.

因为哈希值可能会重复(不明白的百度一下)，从而导致地址冲突，Hashtable 采用的是 "开放定址法" 处理冲突, 具体行为是把 HashOf(k) % Array.Length 改为 (HashOf(k) + d(k)) % Array.Length , 得出另外一个位置来存储关键字 "a" 所对应的数据, d 是一个增量函数. 如果仍然冲突, 则再次进行增量, 依此循环直到找到一个 Array 中的空位为止。

2)  大于0.72：对bucket数组进行扩容，a， 新建一个数组（该数组的大小为两倍于当前容量最小的素数，比如当前数组长度是3，那么新数组长度为7）。

b，将原来数组元素拷贝到新的数组中，因为bocket数组长度变了，所以需要对所有key重新哈希计算（这是影响hashtable性能的重要因素）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　c， 进行上面a步骤。

三，通过key获取Hashtable对应的value，var v=ht["a"];

1) 计算"a"的哈希值。

2）将计算的结果与bocket数组长度进行取模计算，因为哈希值可能会冲突，所以类似定位索引上的key可能与输入的key不相同，这时继续查找下一个位置。。。。。

3）取模计算结果即是存储在bocket数组上"123"的索引。

Hashtable还有很多方法，比如Clear ,Remove ,ContainsKey,ContainsValue等方法，因篇幅有限这里就不一一介绍了。

写到这里来回答一下篇幅开头的几个问题。

1，Hashtable查询速度快是因为内部是基于数组索引定位的，稍微消耗性能的是取KEY的哈希值，添加性能相对查询慢是因为：a，添加元素时可能会地址冲突，需要重新定位地址 。 b，扩容后 数组拷贝，重新哈希计算旧数组所有key。

2, 装填因子是Hashtable“已存元素个数/内部bucket数组长度”，这个比值太大会造成冲突概率增大，太小会造成空间的浪费。默认是0.72，该值是微软经过大量实验得出的一个比较平衡的值，装填因子范围 0.1<loadFactor<1，否则抛出ArgumentOutOfRangeException异常。

3，不是顺序的（各位看了文章应该知道为什么不是顺序的了吧？）

4，默认长度是3，我看的是.net framework 4.5版本反编译的代码，其他版本的.net framework不确定是不是这个值。为什么扩容的数组长度一定要是素数呢？因为素数有一个特点，只能被自己和1整除，如果不是素数那么在进行取模计算的时候可能会出现多个值。如下图：

今天就写到这，有很多不对或不合理的地方希望各位看到了及时指出，本菜鸟知错就改！！！

先介绍Hashtable，下篇介绍dictionary，到时综合分析在项目中选择使用他们的场景。