通过.net core源码看下Dictionary的实现
.net core的代码位置
C#中,Dictionary这个数据结构并不是很容易理解,因为看上不去并不像C++的map。底层是如何实现一个字典的并完全可知,因为从数据结构来说,很多结构都可以支持一个类似的加速key-value对存储的访问形式。比如tree,跳表,hashtable等等。
基于bucket的Hashtable
Dictionary的基本思想是通过一个Entry数值存储数据(key和value),其中的数据是紧密排布的。然后,通过bucket数组实现hashcode加速查找。如果两个对象的hashcode%length(数值的长度)相等,实现类似hashtable碰撞的退避规则,并通过Entry.next的引用住新的退避位置(用数组下标实现连接)。
private struct Entry { public int hashCode; // Lower 31 bits of hash code, -1 if unused public int next; // Index of next entry, -1 if last public TKey key; // Key of entry public TValue value; // Value of entry } private int[] _buckets; private Entry[] _entries;
if (last < ) { // Value in buckets is 1-based buckets[bucket] = entry.next + ; } else { entries[last].next = entry.next; }
关于Keys和Values
- private KeyCollection _keys;
- private ValueCollection _values;
许多时候,我们会用到对Keys和Values的访问。那我们来看看,这两个属性是如何实现的。先看一下KeyCollection的实现。这里删除了一些多余的代码,可以看出,他仅仅对dict的一个组合关系,内部的实际工作者是dict。
public sealed class KeyCollection : ICollection<TKey>, ICollection, IReadOnlyCollection<TKey> { private Dictionary<TKey, TValue> _dictionary; public KeyCollection(Dictionary<TKey, TValue> dictionary) { _dictionary = dictionary; } void ICollection<TKey>.Add(TKey item) => ThrowHelper.ThrowNotSupportedException(ExceptionResource.NotSupported_KeyCollectionSet); void ICollection<TKey>.Clear() => ThrowHelper.ThrowNotSupportedException(ExceptionResource.NotSupported_KeyCollectionSet); bool ICollection<TKey>.Contains(TKey item) => _dictionary.ContainsKey(item); }
然后,看一下迭代过程的实现。非常简单,仅仅是每次都把_currentKey赋值为_entries的下一个元素。所以,可以看出来,Keys的访问是有序的(按插入顺序)。 public bool MoveNext() { while ((uint)_index < (uint)_dictionary._count) { ref Entry entry = ref _dictionary._entries[_index++]; if (entry.hashCode >= ) { _currentKey = entry.key; return true; } } _index = _dictionary._count + ; _currentKey = default; return false; }
values和keys的实现是完全一致的,所以Values的访问和Keys的访问性能是差不多的,不存在访问Keys快,访问Values慢的情况。
关于空间大小算法
大家知道hash表是需要先分配一块比较大的空间,并在保持一定数据密度的情况下,会拥有比较高的存储和访问效率。
C#的dict,永远会去找当前需求的capacity的下一个素数,作为数组的分配size。如果,默认new Dict,传递的capacity是0,那么实际此时的_entries大小是3。
找素数的逻辑稍微提下。会先顺序遍历存储的primes数组;如果找不到,再用逐个数字遍历的方式找接下来的素数。
public static readonly int[] primes = { , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , };
关于读取数据的效率
题外话,讲一下有的同学喜欢这么写数据访问的代码。
if (techAddonDict.ContainsKey()) { var c = techAddonDict[]; }
从底层来说,所有查找的代码,都会先通过bucket找到一次entry对象(通过FindEntry函数)。那么上一段函数中实际需要访问两次FindEntry函数。
float v;
//todo xxx
}
这段函数就很明显了,只需要访问一次FindEntry函数,性能自然会好一倍。
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