你的字典里有多少元素？
2014-07-12 23:42 by 老赵, 22637 visits“字典”或者说“哈希表”大家都会用，这真是一个好东西，只要创建了之后就可以不断的丢东西进去，添加删除都是O(1)操作，那叫一个快字了得。不过这里我要再次引用Alan Perlis的名言：“Lisp programmers know the value of everything but the cost of nothing.”，目的是想提醒做事“不要忘记背后的代价”。
上图引自Wikipedia中“Hash table”条目，描述了最常用的“哈希表”实现方式之一，也是.NET中Dictionary<TKey, TValue>所采用的做法。那么就以.NET中的Dictionary实现来举例，它的代价是什么呢？这里的代价主要是其内存开销。
创建Dictionary对象时我们可以传入一个“容量”值，但这并不是它会使用的实际容量。Dictionary内部会找到“不小于该值的最小质数”来作为它使用的实际容量，最小是3。这么做的目的是减少碰撞几率，因为从哈希值定位buckets时会用到取模操作。得到实际容量之后，就会它用来创建int[] buckets和Entry[] entries两个数组，用来实现间接索引（即buckets中保存的其实是entries数组的下标，具体可以参考Reference Source中的实现代码）。
请注意，这个实际容量也是下次rehash之前可以保存的最大元素个数。因此，假如你预计会要保存N个元素，那么就把N传入构造函数吧，这可以避免一次又一次无谓的rehash操作。
因此，即便你只创建了一个空字典，它至少也创建了两个长度为3的数组，再加上其他杂七杂八的字段，一个字典至少也占用了48个字节——还记得“赵人希”公众账号上的第一篇文章《.NET程序性能的基本要领》吗？
事实上，假如是一次初始化之后需要进行多次查找（很常见的模式），也完全可以尝试排序后使用二分查找。甚至在元素数量很少的时候，使用List<KeyValuePair<TKey, TValue>>保存对象，而在需要读写的时候进行线性查找，效率也不会差。尽管这里的时间复杂度会是O(log(N))甚至O(N)，但对于实际开发来说，算法除了“时间复杂度”还有“常数”的因素在里面。使用节省内存的实现方式，更可能会影响到GC的效率，这也是托管程序性能重要方面。
尽管如此，但这样的“问题”还是会到处出现。例如《基本要领》里面提到，他们在对Visual Studio和新编译器进行Profiling时，发现有大量的字典只保存了一个元素——甚至是空的。
上周我们在做Profiling时，也发现程序里一个被密集调用的算法使用了字典保持临时状态，但是在绝大部分情况里，这个字典里面只有5到6个元素，此时使用字典就有些得不偿失了。事实上，那个算法在绝大部分情况下，字典里的元素数量都是可以预知的，只有极少数情况下会超出。因此，算法可以修改为：预先获得元素数量，假如小于一个阈值，则使用普通的数组来保存元素，需要时进行线性查找。虽然这个算法还有更激进的优化手段（性能热点怎么优化都不过分），但现在这种则是最容易，也最安全的做法。
而在.NET框架里也用到了类似的实践。例如为了解决之前也在“赵人希”上提到过的死锁问题，我看了PropertyChangedEventManager类的实现，其中便用到了HybridDictionary类，内部会根据元素数量来切换使用ListDictionary或哈希表来保存数据。
最后再推荐一篇文章吧：《常用数据结构及复杂度》，里面以.NET里的实现为基础，介绍了常用容器各操作的特征。这东西对于一个合格的程序员来说必须是烂熟于心的。其实这东西也完全不用去背，因为这些基础数据结构和算法实在是太容易理解了，几乎只要知道它是怎样一种结构，各特征都可以很快推断出来。
之前我在微博上抱怨过遇到如何如何不靠谱的面试者，连基本的List<T>是怎么存放元素的都搞不清是怎么一回事，居然还有人说这是在考“背诵”，这些细节不重要云云。对此我只想说：既然你就这点追求，那就一辈子老老实实写那些土鳖程序吧，呵呵呵。
你好久没有写文章了啊，关注了足足有半年了。