參考資料：

.Net 中HashTable，HashMap 和 Dictionary<key,value> 和List<T>和DataTable的比較 - 王若伊_恩賜解脫 - 博客園

c#HashSet源碼解析_fdyshlk的博客-CSDN博客_c# hashset

紅黑樹和哈希表的區(qū)別 - 安全技術(shù) - 億速云

一、基本概念

Hash和紅黑樹是兩種數(shù)據(jù)存儲的方式。除了這兩種存儲方式，最常用的是線性結(jié)構(gòu)存儲，比如數(shù)組和鏈表List等線性結(jié)構(gòu)。

對于線性存儲的數(shù)據(jù)，如果想檢索一個數(shù)據(jù)，需要把所有數(shù)據(jù)都遍歷一遍，然后找到你所需要的數(shù)據(jù)。這種方式對于大數(shù)據(jù)而言效率極低，其時間復(fù)雜度為O(n)。

二、哈希和紅黑樹基本原理

哈希（hash）也稱散列，通過散列算法變成固定的輸出到數(shù)組，所有的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)組的定位速度最快，因為它可通過數(shù)組下標(biāo)直接定位到相應(yīng)的數(shù)組空間，就不需要一個個查找。

紅黑樹的自旋是天才的設(shè)計，是一種特殊的平衡二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，特點也是從幾十萬的數(shù)據(jù)里面幾步就能查找到，速度快。

三、使用場景

1、速度對比
物聯(lián)網(wǎng)可能是數(shù)百萬設(shè)備或者用戶聯(lián)網(wǎng)，對高并發(fā)要求很大，所以，對網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品第一要求的是性能和速度。總體來說，哈希查找速度會比紅黑樹快，而且查找速度基本和數(shù)據(jù)量大小無關(guān)，屬于常數(shù)級別;而RB樹的查找速度是log(n)級別。
紅黑樹查找和刪除的時間復(fù)雜度都是O(logn)，Hash查找和刪除的時間復(fù)雜度都是O(1)。 如果紅黑樹的樹高度不深如小于8，采用的是數(shù)字查找，兩者性能沒有太多的差異。
也就是并非所有的場景，哈希都比紅黑樹快，要看代碼的優(yōu)化程度。hihttps使用的linux高并發(fā)EPOLL模式事件管理，就是紅黑樹。

2、數(shù)據(jù)預(yù)知
靜態(tài)數(shù)據(jù)，可以基本預(yù)知大小，用哈希。如t初始化的規(guī)則就幾百條在可控范圍內(nèi)，另外TOPIC黑白名單、URL地址等也不會太多，也是用的哈希就可以了。
動態(tài)數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計IP地址、任務(wù)調(diào)度、epoll高并發(fā)事件管理，無法判斷多少，可能很少，也可能巨多，用紅黑樹更佳。當(dāng)然，如果大概知道設(shè)備IP地址數(shù)量在一定范圍，如只有幾千，完全也可以用哈希。

3、內(nèi)存消耗
對內(nèi)存要求嚴(yán)格的地方，如嵌入式系統(tǒng)，用紅黑樹。紅黑樹占用的內(nèi)存更小（僅需要為其存在的節(jié)點分配內(nèi)存），而哈希事先就應(yīng)該分配足夠的內(nèi)存存儲散列表，浪費內(nèi)存。
對內(nèi)存消耗無所謂的地方，如服務(wù)器有巨大的內(nèi)存，用哈希。哈希最大的缺點是內(nèi)存分配得小，可能元素就會沖突，沖突的元素大于8個成鏈表，效率還不如紅黑樹。 Java 的hashmap就是把哈希和紅黑樹結(jié)合在以前的。當(dāng)同一個hash值的節(jié)點數(shù)不小于8時，不再采用單鏈表形式存儲，而是采用紅黑樹。

4 復(fù)雜程度
哈希更簡單，紅黑樹算法復(fù)雜一點，不過這都不是事，大神早開源了很多穩(wěn)定的版本。

四、應(yīng)用場景總結(jié)

紅黑樹是有序的，哈希是無序的，根據(jù)項目需求來選擇，阿里巴巴的很多項目用紅黑樹更多，筆者認(rèn)為主要還是和內(nèi)存有關(guān)，如果內(nèi)存要求苛刻的項目，就用紅黑樹；如果內(nèi)存足夠大，犧牲內(nèi)存換取更快的速度，哈希完全適合。
Hiihttps開源waf大量采用哈希算法，可能和速度并發(fā)要求有關(guān)。總之，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)安全最基礎(chǔ)的學(xué)科。

五、C#中的應(yīng)用（HashTable和Dictionary）

首先：在.Net??模仿java 的過程中?? 拋棄了 HashMap ，所以以后再去面試.Net的時候當(dāng)別人問你HashTable 和HashMap 的區(qū)別的時候，請告訴他，C#.Net 中? 沒有HashMap。同時C#中也沒有Java中的TreeMap和TreeSet（即底層是由紅黑樹實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）

HashTable?和 Dictionary?

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Hashtable和Dictionary從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上來說都屬于Hashtable（哈希表），都是對關(guān)鍵字（鍵值）進行散列操作，將關(guān)鍵字散列到Hashtable的某一個槽位中去，不同的是處理碰撞的方法。散列函數(shù)有可能將不同的關(guān)鍵字散列到Hashtable中的同一個槽中去，這個時候我們稱發(fā)生了碰撞，為了將數(shù)據(jù)插入進去，我們需要另外的方法來解決這個問題。

采用鏈表法的是Dic??? 而采用開放尋址法(open addressing)-中? 雙重散列的方法的是 HashTable

至于這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用方法??請自行閱讀算法導(dǎo)論?? 或者參照網(wǎng)上博客

但從底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)

如果增刪的動作很多的話 推薦使用Dic? 因為解決碰撞的方式? 是List.Add

如果改動的動作很少? 查詢的動作很多的話?? 則推薦?使用HashTable? 因為映射查找之后? 只需要跳躍查找到? 碰撞后移動數(shù)據(jù)即可，另外當(dāng)增加數(shù)據(jù)太多時，開放尋址的擴容很耗費性能（請閱讀<算法導(dǎo)論>）

Dic 和HashTable使用比較

• 單線程程序中推薦使用 Dictionary, 有泛型優(yōu)勢, 且讀取速度較快, 容量利用更充分.
• 多線程程序中推薦使用 Hashtable, 默認(rèn)的 Hashtable 允許單線程寫入, 多線程讀取, 對 Hashtable 進一步調(diào)用 ?Synchronized() 方法可以獲得完全線程安全的類型. 而 Dictionary 非線程安全, 必須人為使用 lock 語句進行保護, ?效率大減.
• Dictionary 有按插入順序排列數(shù)據(jù)的特性 (注: 但當(dāng)調(diào)用 Remove() 刪除過節(jié)點后順序被打亂), 因此在需要體現(xiàn)順序的情境中使用 Dictionary 能獲得一定方便.?//Dic遍歷時? 會采用插入時的遍歷，而hashTable 采用遍歷時 則是打亂的

Hashtable 類和 Dictionary<TKey, TValue> 泛型類實現(xiàn) IDictionary 接口
Dictionary<TKey, TValue> 泛型類還實現(xiàn) IDictionary<TKey, TValue>泛型接口。
因此，這些集合中的每個元素都是一個鍵/值對。

Dictionary<TKey, TValue> 類與 Hashtable 類的功能相同
對于值類型，特定類型（不包括 Object）的 Dictionary<TKey, TValue> 的性能優(yōu)于 Hashtable，這是因為 Hashtable 的元素屬于 Object ?類型，所以在存儲或檢索值類型時通常發(fā)生裝箱和取消裝箱操作。

Dic? 和 List<T>

關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

在前邊的比較已經(jīng)介紹了Dic?? 那么 List?<T> 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么樣子的：

List<T>是 ArrayList 的泛型等效類(繼承了泛型接口)

堆中的樣子是這樣的

我們?yōu)榱擞懻摫闅v時Dictionary和List的效率，有個高人寫了個代碼，這是載圖

很明顯，LIST效率要好的多。

問題剖析

同樣是集合，為什么性能會有這樣的差距。我們要從存儲結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的原理談起。

首先我們清楚List<T>是對數(shù)組做了一層包裝，我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上稱之為線性表，而線性表的概念是，在內(nèi)存中的連續(xù)區(qū)域，除了首節(jié)點和尾節(jié)點外，每個節(jié)點都有著其唯一的前驅(qū)結(jié)點和后續(xù)節(jié)點。我們在這里關(guān)注的是連續(xù)這個概念。

而HashTable或者Dictionary，他是根據(jù)Key而根據(jù)Hash算法分析產(chǎn)生的內(nèi)存地址，因此在宏觀上是不連續(xù)的，雖然微軟對其算法也進行了很大的優(yōu)化。

由于這樣的不連續(xù)，在遍歷時，Dictionary必然會產(chǎn)生大量的內(nèi)存換頁操作，而List只需要進行最少的內(nèi)存換頁即可，這就是List和Dictionary在遍歷時效率差異的根本原因。

所以根據(jù)value 的查找? dic 的效率是高于 List 的 但是遍歷的話?? 則Dic 要差點。這就好比你要摘抄書里邊的所有文字? 是根據(jù)目錄 查一個找一篇文章?快，還是直接從正文開始 從頭到尾快遍歷快一樣。單獨的找某一篇知道題目(key)的文章 當(dāng)然是從目錄快了

再談Dictionary

也許很多人說，既然Dictionary如此強大，那么我們?yōu)槭裁床挥肈ictionary來代替一切集合呢？

在這里我們除了剛才的遍歷問題，還要提到Dictionary的存儲空間問題，在Dictionary中，除了要存儲我們實際需要的Value外，還需要一個輔助變量Key，這就造成了內(nèi)存空間的雙重浪費。

而且在尾部插入時，List只需要在其原有的地址基礎(chǔ)上向后延續(xù)存儲即可，而Dictionary卻需要經(jīng)過復(fù)雜的Hash計算，這也是性能損耗的地方。

延伸：SortedList和SortedDictionary

SortedDictionary<TKey, TValue>泛型類是檢索O(log n)的二叉搜索樹，其中n是字典中的元素數(shù)。在這里，它類似于SortedList<TKey, TValue>泛型類。這兩個類有相似的對象模型，并且都有O(log n)檢索。這兩個類的不同之處在于內(nèi)存的使用以及插入和刪除的速度:
SortedList<TKey, TValue>比SortedDictionary<TKey, TValue >使用更少的內(nèi)存.
SortedDictionary<TKey, TValue>對于未排序的數(shù)據(jù)O(log n)具有更快的插入和刪除操作，而SortedList<TKey, TValue>的插入和刪除都是O(n)
如果列表是由已排序的數(shù)據(jù)一次填充的，那么SortedList<TKey, TValue>要比SortedDictionary<TKey, TValue>快。

兩者基本敘述：

• SortedList：是一個已序的數(shù)組（基于KeyValuePair的數(shù)組）。基于鍵值排序的鍵值對數(shù)組，使用二分查找(log n)檢索key，也可根據(jù)index檢索(log 1)，add和remove都是o(n)。SortedList為了保持?jǐn)?shù)組的排序，它會移動位于插入的元素位置之后的所有元素（使用Array.Copy()）,由于每次的插入都會重新排序，導(dǎo)致插入時的性能很差，因此并不推薦使用SortedList排序一個數(shù)組。
• SortedDictionary: 是一個BST，基于二叉查找樹實現(xiàn)，使用二分查找檢索(key)，add和remove都是o(log n)

延伸2 ：c#中的數(shù)組、ArrayList、List區(qū)別

https://www.cnblogs.com/newcapecjmc/p/6970220.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Hash和红黑树以及其在C#中的应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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