深入理解C#哈希表（负载因子与扩容机制详解）

负载因子越小，哈希冲突的概率越低，查询效率越高；但太小又会浪费内存。因此，C# 的 Dictionary 默认将负载因子上限设为 0.72（实际约为 72%）。一旦超过这个阈值，就会触发扩容机制。

C# Dictionary 的扩容机制

当向 Dictionary 添加新元素导致负载因子超过阈值时，C# 会自动执行以下扩容步骤：

1. 创建一个新的、更大的内部桶数组（通常是原容量的 2倍左右）；
2. 将所有现有键值对重新计算哈希值，并放入新桶中；
3. 释放旧桶数组的内存。

这个过程称为 rehashing（重新哈希），虽然能维持高效查询，但代价较高——时间复杂度为 O(n)，且会短暂阻塞操作。

代码示例：观察扩容行为

我们可以通过反射查看 Dictionary 内部桶的数量变化：

using System;using System.Collections.Generic;using System.Reflection;class Program{    static void Main()    {        var dict = new Dictionary<int, string>();        var bucketsField = typeof(Dictionary<int, string>)            .GetField("_buckets", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);        for (int i = 0; i < 20; i++)        {            dict.Add(i, $"value{i}");            int bucketCount = ((int[])bucketsField.GetValue(dict)).Length;            Console.WriteLine($"元素数: {dict.Count}, 桶数量: {bucketCount}, 负载因子: {(double)dict.Count / bucketCount:F2}");        }    }}

运行这段代码，你会看到桶数量在特定点（如元素数达到 3、7、15 等）突然翻倍，这就是 C# 哈希表在进行扩容。

如何优化性能？

频繁扩容会影响程序性能。如果你预先知道数据量，可以在构造时指定初始容量：

// 预分配足够容量，避免多次扩容var dict = new Dictionary<string, int>(capacity: 1000);

这样可以显著减少 rehashing 次数，提升初始化和插入性能。

总结

理解 C#哈希表 的 负载因子 与 扩容机制，不仅能帮助你写出更高效的代码，还能在面试或系统设计中展现你的底层思维。记住：合理预估容量、避免频繁扩容，是使用 Dictionary 的最佳实践。而这一切的核心，正是那个看似简单却至关重要的概念——Dictionary扩容策略。

掌握这些知识，让你的 C# 程序更快、更稳！