C#中字典集合HashTable、Dictionary、ConcurrentDictionary三者區別

C#中HashTable、Dictionary、ConcurrentDictionar三者都表示鍵/值對的集合，但是到底有什么區別，下面詳細介紹

一、HashTable

HashTable表示鍵/值對的集合。在.NET Framework中，Hashtable是System.Collections命名空間提供的一個容器，用於處理和表現類似key-value的鍵值對，其中key通常可用來快速查找，同時key是區分大小寫；value用於存儲對應於key的值。Hashtable中key-value鍵值對均為object類型，所以Hashtable可以支持任何類型的keyvalue鍵值對，任何非 null 對象都可以用作鍵或值。

HashTable是一種散列表，他內部維護很多對Key-Value鍵值對，其還有一個類似索引的值叫做散列值(HashCode)，它是根據GetHashCode方法對Key通過一定算法獲取得到的，所有的查找操作定位操作都是基於散列值來實現找到對應的Key和Value值的。

散列函數(GetHashCode)讓散列值對應HashTable的空間地址盡量不重復。

當一個HashTable被占用一大半的時候我們通過計算散列值取得的地址值可能會重復指向同一地址，這就造成哈希沖突。

C#中鍵值對在HashTable中的位置Position= (HashCode& 0x7FFFFFFF) % HashTable.Length，C#是通過探測法解決哈希沖突的，當通過散列值取得的位置Postion以及被占用的時候，就會增加一個位移x值判斷下一個位置Postion+x是否被占用，如果仍然被占用就繼續往下位移x判斷Position+2*x位置是否被占用，如果沒有被占用則將值放入其中。當HashTable中的可用空間越來越小時，則獲取得到可用空間的難度越來越大，消耗的時間就越多。

使用方法如下：

using System;
using System.Collections;

namespace WebApp
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {   
            Hashtable myHash=new Hashtable();
            
            //插入
            myHash.Add("1","joye.net");
            myHash.Add("2", "joye.net2");
            myHash.Add("3", "joye.net3");

            //key 存在
            try
            {
                myHash.Add("1", "1joye.net");
            }
            catch
            {
                Console.WriteLine("Key = \"1\" already exists.");
            }
            //取值
            Console.WriteLine("key = \"2\", value = {0}.", myHash["2"]);

            //修改
            myHash["2"] = "http://www.cnblogs.com/yinrq/";
            myHash["4"] = "joye.net4";   //修改的key不存在則新增
            Console.WriteLine("key = \"2\", value = {0}.", myHash["2"]);
            Console.WriteLine("key = \"4\", value = {0}.", myHash["4"]);

            //判斷key是否存在
            if (!myHash.ContainsKey("5"))
            {
                myHash.Add("5", "joye.net5");
                Console.WriteLine("key = \"5\": {0}", myHash["5"]);
            }
             //移除
            myHash.Remove("1");

            if (!myHash.ContainsKey("1"))
            {
                Console.WriteLine("Key \"1\" is not found.");
            }
            //foreach 取值
            foreach (DictionaryEntry item in myHash)
            {
                Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}", item.Key, item.Value);
            }
            //所有的值
            foreach (var item in myHash.Values)
            {
                Console.WriteLine("Value = {0}",item);
            }

            //所有的key
            foreach (var item in myHash.Keys)
            {
                Console.WriteLine("Key = {0}", item);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

結果如下：

更多參考微軟官方文檔：Hashtable 類

二、Dictionary

Dictionary<TKey, TValue> 泛型類提供了從一組鍵到一組值的映射。通過鍵來檢索值的速度是非常快的，接近於 O(1)，這是因為 Dictionary<TKey, TValue> 類是作為一個哈希表來實現的。檢索速度取決於為 TKey 指定的類型的哈希算法的質量。TValue可以是值類型，數組，類或其他。

Dictionary是一種變種的HashTable,它采用一種分離鏈接散列表的數據結構來解決哈希沖突的問題。

簡單使用代碼：

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

namespace WebApp
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Dictionary<string, string> myDic = new Dictionary<string, string>();
            
            //插入
            myDic.Add("1", "joye.net");
            myDic.Add("2", "joye.net2");
            myDic.Add("3", "joye.net3");

            //key 存在
            try
            {
                myDic.Add("1", "1joye.net");
            }
            catch
            {
                Console.WriteLine("Key = \"1\" already exists.");
            }
            //取值
            Console.WriteLine("key = \"2\", value = {0}.", myDic["2"]);

            //修改
            myDic["2"] = "http://www.cnblogs.com/yinrq/";
            myDic["4"] = "joye.net4";   //修改的key不存在則新增
            Console.WriteLine("key = \"2\", value = {0}.", myDic["2"]);
            Console.WriteLine("key = \"4\", value = {0}.", myDic["4"]);

            //判斷key是否存在
            if (!myDic.ContainsKey("5"))
            {
                myDic.Add("5", "joye.net5");
                Console.WriteLine("key = \"5\": {0}", myDic["5"]);
            }
             //移除
            myDic.Remove("1");

            if (!myDic.ContainsKey("1"))
            {
                Console.WriteLine("Key \"1\" is not found.");
            }
            //foreach 取值
            foreach (var item in myDic)
            {
                Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}", item.Key, item.Value);
            }
            //所有的值
            foreach (var item in myDic.Values)
            {
                Console.WriteLine("Value = {0}",item);
            }

            //所有的key
            foreach (var item in myDic.Keys)
            {
                Console.WriteLine("Key = {0}", item);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運行結果：

更多資料參考：Dictionary 類

三、ConcurrentDictionary

表示可由多個線程同時訪問的鍵/值對的線程安全集合。

ConcurrentDictionary<TKey, TValue> framework4出現的，可由多個線程同時訪問，且線程安全。用法同Dictionary很多相同，但是多了一些方法。ConcurrentDictionary 屬於System.Collections.Concurrent 命名空間按照MSDN上所說：

System.Collections.Concurrent 命名空間提供多個線程安全集合類。當有多個線程並發訪問集合時，應使用這些類代替 System.Collections 和 System.Collections.Generic 命名空間中的對應類型。

更多資料：ConcurrentDictionary<TKey,?TValue> 類

 

四、對比總結

分別插入500萬條數據，然后遍歷，看看耗時。

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;

namespace WebApp
{
    class Program
    {
        static Hashtable _hashtable;
        static Dictionary<string, string> _dictionary;
        static ConcurrentDictionary<string, string> _conDictionary;
        static void Main(string[] args)
        {
            Compare(5000000);
            Console.ReadLine();
            Console.Read();
        }

        public static void Compare(int dataCount)
        {
            _hashtable = new Hashtable();
            _dictionary = new Dictionary<string, string>();
            _conDictionary=new ConcurrentDictionary<string, string>();
            Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();

            // Hashtable
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < dataCount; i++)
            {
                _hashtable.Add("key" + i.ToString(), "Value" + i.ToString());
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("HashTable插" + dataCount + "條耗時(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

            //Dictionary
            stopWatch.Reset();
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < dataCount; i++)
            {
                _dictionary.Add("key" + i.ToString(), "Value" +i.ToString());
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("Dictionary插" + dataCount + "條耗時(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

            //ConcurrentDictionary
            stopWatch.Reset();
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < dataCount; i++)
            {
                _conDictionary.TryAdd("key" + i.ToString(), "Value" + i.ToString());
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("ConcurrentDictionary插" + dataCount + "條耗時(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

            // Hashtable
            stopWatch.Reset();
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < _hashtable.Count; i++)
            {
                var key = _hashtable[i];
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("HashTable遍歷時間(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

            //Dictionary
            stopWatch.Reset();
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < _hashtable.Count; i++)
            {
                var key = _dictionary["key" + i.ToString()];
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("Dictionary遍歷時間(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

            //ConcurrentDictionary
            stopWatch.Reset();
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < _hashtable.Count; i++)
            {
                var key = _conDictionary["key"+i.ToString()];
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("ConcurrentDictionary遍歷時間(毫秒)：" + stopWatch.ElapsedMilliseconds);
        }
    }
}

運行結果：

可以看出：

大數據插入Dictionary花費時間最少

遍歷HashTable最快是Dictionary的1/5,ConcurrentDictionary的1/10

單線程建議用Dictionary，多線程建議用ConcurrentDictionary或者HashTable（Hashtable tab = Hashtable.Synchronized(new Hashtable());獲得線程安全的對象）