jdk1.6与jdk1.7list集合排序区别与算法

源码分析：

在Collections.sort中：

 
 
 public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {
        Object[] a = list.toArray();
        Arrays.sort(a);
        ListIterator<T> i = list.listIterator();
        for (int j=0; j<a.length; j++) {
            i.next();
            i.set((T)a[j]);
        }
    }

可以发现，最终还是使用了Arrays.sort(a);的，不同的是：一个针对数组，一个针对集合

扩展：不同版本的内部实现问题

在JDK1.6以下的时候：调用sort方法时，默认是使用mergeSort的算法
而JDK1.7后，使用TimSort的算法。源码如下：
JDK7的sort方法：

 
 
public static void sort(Object[] a) {  
        if (LegacyMergeSort.userRequested)  
            legacyMergeSort(a);  
        else  
            ComparableTimSort.sort(a);  
    }  
    /** To be removed in a future release. */  
    private static void legacyMergeSort(Object[] a) {  
        Object[] aux = a.clone();  
        mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);  
    }

JDK6以下的sort方法：

 
 
public static void sort(Object[] a) {  
        Object[] aux = (Object[])a.clone();  
        mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);  
    }

当然可以使用下列的方式，在JDK7依旧使用mergeSort算法：

 
 
System.setProperty("java.util.Arrays.useLegacyMergeSort", "true");

但是，从注释中可以发现，以后将让TimSort代替mergeSort。

根据这篇JDK7中的排序算法详解—Collections.sort和Arrays.sort找到了解决方法：

而在Java 7中，内部实现换成了TimSort，其对对象间比较的实现要求更加严格:
Comparator的实现必须保证以下几点（出自这儿)）：

  1. sgn(compare(x, y)) == -sgn(compare(y, x))
  2. (compare(x, y)>0) && (compare(y, z)>0) 意味着 compare(x, z)>0
  3. compare(x, y)==0 意味着对于任意的z：sgn(compare(x, z))==sgn(compare(y, z)) 均成立

所以，compare要相应的改成：

 
 
public int compare(ComparatorTest o1, ComparatorTest o2) {
    return o1.getValue() == o2.getValue() ? 0 : 
                (o1.getValue() > o2.getValue() ? 1 : -1);
}

先对相等的情况判断，再对大小的判断。

算法分析

既然这个算法比之前快排要快，那么肯定有它的巧妙之处，我们来仔细看看吧。

算法步骤

1.对于很小的数组（长度小于27），会使用插入排序。
2.选择两个点P1,P2作为轴心，比如我们可以使用第一个元素和最后一个元素。
3.P1必须比P2要小，否则将这两个元素交换，现在将整个数组分为四部分：
（1）第一部分：比P1小的元素。
（2）第二部分：比P1大但是比P2小的元素。
（3）第三部分：比P2大的元素。
（4）第四部分：尚未比较的部分。
在开始比较前，除了轴点，其余元素几乎都在第四部分，直到比较完之后第四部分没有元素。
4.从第四部分选出一个元素a[K]，与两个轴心比较，然后放到第一二三部分中的一个。
5.移动L，K，G指向。
6.重复 4 5 步，直到第四部分没有元素。
7.将P1与第一部分的最后一个元素交换。将P2与第三部分的第一个元素交换。
8.递归的将第一二三部分排序。

图表演示

注：图片来自Vladimir Yaroslavskiy的论文。

算法源码 

  1. //对外公开的两个sort方法  
  2. public static void sort(int[] a) {  
  3.     sort(a, 0, a.length);  
  4. }  
  5. public static void sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex) {  
  6.     rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);  
  7.     dualPivotQuicksort(a, fromIndex, toIndex - 1, 3);  
  8. }  
  9. //对数组的边界检测  
  10. private static void rangeCheck(int length, int fromIndex, int toIndex) {  
  11.     if (fromIndex > toIndex) {  
  12.         throw new IllegalArgumentException("fromIndex > toIndex");  
  13.     }  
  14.     if (fromIndex < 0) {  
  15.         throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(fromIndex);  
  16.     }  
  17.     if (toIndex > length) {  
  18.         throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(toIndex);  
  19.     }  
  20. }  
  21. //交换数组中两个元素  
  22. private static void swap(int[] a, int i, int j) {  
  23.     int temp = a[i];  
  24.     a[i] = a[j];  
  25.     a[j] = temp;  
  26. }  
  27. /** 
  28.  * 双轴快排的具体实现 
  29.  * @param a     待排序数组 
  30.  * @param left  数组需排序上界 
  31.  * @param right 数组需排序下界 
  32.  * @param div   理解为从何位置取轴 
  33.  */  
  34. private static void dualPivotQuicksort(int[] a, int left,int right, int div) {  
  35.     int len = right - left;  
  36.     //数组长度如果很小（27），则直接用插入排序对其排序  
  37.     if (len < 27) {  
  38.         for (int i = left + 1; i <= right; i++) {  
  39.             for (int j = i; j > left && a[j] < a[j - 1]; j--) {  
  40.                 swap(a, j, j - 1);  
  41.             }  
  42.         }  
  43.         return;  
  44.     }  
  45.     //取到位于1/div和div-1/div位置的点，并用他们来做轴  
  46.     int third = len / div;  
  47.     int m1 = left + third;  
  48.     int m2 = right - third;  
  49.     if (m1 <= left) {  
  50.         m1 = left + 1;  
  51.     }  
  52.     if (m2 >= right) {  
  53.         m2 = right - 1;  
  54.     }  
  55.     //确保left是小的，right是大的  
  56.     if (a[m1] < a[m2]) {  
  57.         swap(a, m1, left);  
  58.         swap(a, m2, right);  
  59.     }  
  60.     else {  
  61.         swap(a, m1, right);  
  62.         swap(a, m2, left);  
  63.     }  
  64.     // 两个轴  
  65.     int pivot1 = a[left];  
  66.     int pivot2 = a[right];  
  67.     // 代表比p1小和比p2大的两个指针  
  68.     int less = left + 1;  
  69.     int great = right - 1;  
  70.     // 开始取出less到great之间的未知大小数据，与两个轴比较  
  71.     // 并且将数据放入正确的区域后调整各个指针  
  72.     for (int k = less; k <= great; k++) {  
  73.         //如果取出的数比p1小，那么直接到less左侧，并且less右移  
  74.         if (a[k] < pivot1) {  
  75.             swap(a, k, less++);  
  76.         }   
  77.         //如果取出的数比p2大，那么首先确定great左侧没有比p2大的数  
  78.         //然后与great位置的数字交换，great左移  
  79.         //此时，great交换的数字肯定是比p2小或者相等的（首先确定过）  
  80.         //那么此时再与p1相比，处理这个数的区间  
  81.         else if (a[k] > pivot2) {  
  82.             while (k < great && a[great] > pivot2) {  
  83.                 great--;  
  84.             }  
  85.             swap(a, k, great--);  
  86.             if (a[k] < pivot1) {  
  87.                 swap(a, k, less++);  
  88.             }  
  89.         }  
  90.         //如果这个数比p1大但是比p2小，则不需要交换，只需将k指针右移  
  91.     }  
  92.     //将p1与less左侧的第一个数交换  
  93.     swap(a, less - 1, left);  
  94.     //将p2与great右侧的第一个数交换  
  95.     swap(a, great + 1, right);  
  96.     // 计算出在两轴大小之间的个数  
  97.     int dist = great - less;  
  98.     //如果这个数很小（13），那么取轴的点向两边偏  
  99.     if (dist < 13) {  
  100.         div++;  
  101.     }  
  102.     // 对三个子区间分别排序，因为less-1和great+1是轴，已经排好了序  
  103.     // 所以不需要比较  
  104.     dualPivotQuicksort(a, left, less - 2, div);  
  105.     dualPivotQuicksort(a, great + 2, right, div);  
  106.     // 如果在中间区间的数字很多，那么排除掉一些相等的元素再进行排序  
  107.     if (dist > len - 13 && pivot1 != pivot2) {  
  108.         for (int k = less; k <= great; k++) {  
  109.             if (a[k] == pivot1) {  
  110.                 swap(a, k, less++);  
  111.             }  
  112.             else if (a[k] == pivot2) {  
  113.                 swap(a, k, great--);  
  114.                 if (a[k] == pivot1) {  
  115.                     swap(a, k, less++);  
  116.                 }  
  117.             }  
  118.         }  
  119.     }  
  120.     // 对中间的区间排序  
  121.     if (pivot1 < pivot2) {  
  122.         dualPivotQuicksort(a, less, great, div);  
  123.     }  
  124. }  


总结

双轴排序利用了区间相邻的特性，对原本的快排进行了效率上的提高，很大程度上是利用了数学的一些特性，果然，算法跟数学还是息息相关的吖。
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