为何在 C# 中更倾向使用 Dictionary 而非 Hashtable

技术背景

在 C# 开发里，Dictionary<TKey, TValue> 和 Hashtable 都是用于存储键值对的数据结构，其内部均为哈希表，可依据键快速访问数据。不过，由于本质上 Dictionary<TKey, TValue> 是泛型类型，而 Hashtable 是非泛型类型，这使得它们在性能、类型安全性等方面存在诸多差异。

实现步骤

Dictionary 示例代码

var customers = new Dictionary<string, Customer>();
customers.Add("Ali G", new Customer());
Customer customer = customers["Ali G"];

Hashtable 示例代码

var customers = new Hashtable();
customers.Add("Ali G", new Customer());
Customer customer = customers["Ali G"] as Customer;

差异对比

1. 泛型与否

• Dictionary 为泛型类型，创建时需指定键和值的类型，从而确保在访问内容时类型安全。
• Hashtable 属于非泛型类型，会将键和值当作 Object 类型处理，因此在使用时可能需要进行类型转换。

2. 线程安全

• Dictionary 需要自行实现线程同步。
• Hashtable 借助 Synchronized() 方法提供线程安全版本。

3. 枚举项

• Dictionary 枚举项为 KeyValuePair。
• Hashtable 枚举项是 DictionaryEntry。

4. 版本与命名空间

• Dictionary 是较新的类（.NET 2.0 及以上），位于 System.Collections.Generic 命名空间。
• Hashtable 是较旧的类（自 .NET 1.0 开始），处在 System.Collections 命名空间。

5. 键不存在时的处理方式

• Dictionary 对不存在的键进行请求时会抛出异常。
• Hashtable 对不存在的键进行请求时返回 null。

6. 值类型性能

• Dictionary 对于值类型可能会稍快一些。
• Hashtable 对于值类型会稍慢（需要进行装箱/拆箱操作）。

相似点

• 二者内部皆为哈希表，能依据键快速访问多项目数据。
• 都需要不可变且唯一的键。
• 二者的键均需要自身的 GetHashCode() 方法。

替代的 .NET 集合

1. ConcurrentDictionary：线程安全，可由多个线程并发安全访问。
2. HybridDictionary：针对不同数量的项目进行了性能优化。
3. OrderedDictionary：可通过整数索引访问值，按添加顺序排列。
4. SortedDictionary：项会自动排序。
5. StringDictionary：类型安全且针对字符串进行了优化（现在已弃用，推荐使用 Dictionary<string, string>）。

碰撞解决策略

• Hashtable 采用的是再哈希（rehashing）技术。存在一组不同的哈希函数 H1 ... Hn，插入或检索项时，最初会使用 H1 哈希函数，若发生碰撞则尝试 H2，依此类推。
• Dictionary 采用的是链地址法（chaining）技术。发生碰撞时，会利用一个辅助数据结构来保存所有碰撞元素。具体而言，Dictionary 中的每个槽都有一个元素数组，碰撞时会将碰撞元素添加到该槽的列表头部。

最佳实践

• 若需要类型安全且不考虑线程同步，优先选用 Dictionary。
• 若要线程安全，可选用 Hashtable 或者 ConcurrentDictionary。
• 若要根据插入顺序访问元素，可使用 OrderedDictionary。

常见问题

1. Dictionary 线程不安全怎么办？

若在多线程环境下使用 Dictionary，则需要自行实现线程同步。也可以使用 ConcurrentDictionary 来替代。

2. Hashtable 的线程安全版本性能如何？

Hashtable 的线程安全版本（通过 Synchronized() 方法）在每次添加或移除操作时都会锁定整个集合，这对大型集合来说可能会导致显著的性能下降，且在设计上并不能完全避免竞态条件。

3. Dictionary 和 Hashtable 对值类型的性能差异是怎样的？

Hashtable 在存储或检索值类型时需要进行装箱/拆箱操作，这会影响其性能。而 Dictionary 对于值类型无需进行装箱/拆箱操作，因此性能可能更好。