深入理解Arrays.sort(）

深入理解Java 中的Arrays.sort(）方法

Java的Arrays类中有一个sort()方法，该方法是Arrays类的静态方法，在需要对数组进行排序时，非常的好用。

但是sort()的参数有好几种，基本上是大同小异，下面是以int型数组为例的Arrays.sort(）的典型用法

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

/**
 * Arrays.sort()排序
 */
public class SortTest
{
    public static void main(String []args)
    {
        int[] ints=new int[]{2,324,4,57,1};

        System.out.println("增序排序后顺序");
        Arrays.sort(ints);
        for (int i=0;i<ints.length;i++)
        {
            System.out.print(ints[i]+" ");
        }


        System.out.println("\n减序排序后顺序");
        //要实现减序排序，得通过包装类型数组，基本类型数组是不行滴
        Integer[] integers=new Integer[]{2,324,4,4,6,1};
        Arrays.sort(integers, new Comparator<Integer>()
        {
            /*
            * 此处与c++的比较函数构成不一致
            * c++返回bool型,而Java返回的为int型
            * 当返回值>0时
            * 进行交换，即排序(源码实现为两枢轴快速排序)
             */
            public int compare(Integer o1, Integer o2)
            {
                return o2-o1;
            }


            public boolean equals(Object obj)
            {
                return false;
            }
        });
        for (Integer integer:integers)
        {
            System.out.print(integer+" ");
        }



        System.out.println("\n对部分排序后顺序");
        int[] ints2=new int[]{212,43,2,324,4,4,57,1};
        //对数组的[2,6)位进行排序

        Arrays.sort(ints2,2,6);
        for (int i=0;i<ints2.length;i++)
        {
            System.out.print(ints2[i]+" ");
        }

    }
}

排序结果如下

增序排序后顺序
1 2 4 57 324
减序排序后顺序
324 6 4 4 2 1
对部分排序后顺序
212 43 2 4 4 324 57 1

打开Arrays.sort(）源码，还是以int型为例，其他类型也是大同小异

  public static void sort(int[] a) {
        DualPivotQuicksort.sort(a, 0, a.length - 1, null, 0, 0);
    }

  public static void sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex) {
        rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);
        DualPivotQuicksort.sort(a, fromIndex, toIndex - 1, null, 0, 0);
    }

从源码中发现，两种参数类型的sort方法都调用了 DualPivotQuicksort.sort（）方法
继续跟踪源码

static void sort(int[] a, int left, int right,
                     int[] work, int workBase, int workLen) {
        // Use Quicksort on small arrays
        if (right - left < QUICKSORT_THRESHOLD) {
            sort(a, left, right, true);
            return;
        }

        /*
         * Index run[i] is the start of i-th run
         * (ascending or descending sequence).
         */
        int[] run = new int[MAX_RUN_COUNT + 1];
        int count = 0; run[0] = left;

        // Check if the array is nearly sorted
        for (int k = left; k < right; run[count] = k) {
            if (a[k] < a[k + 1]) { // ascending
                while (++k <= right && a[k - 1] <= a[k]);
            } else if (a[k] > a[k + 1]) { // descending
                while (++k <= right && a[k - 1] >= a[k]);
                for (int lo = run[count] - 1, hi = k; ++lo < --hi; ) {
                    int t = a[lo]; a[lo] = a[hi]; a[hi] = t;
                }
            } else { // equal
                for (int m = MAX_RUN_LENGTH; ++k <= right && a[k - 1] == a[k]; ) {
                    if (--m == 0) {
                        sort(a, left, right, true);
                        return;
                    }
                }
            }

            /*
             * The array is not highly structured,
             * use Quicksort instead of merge sort.
             */
            if (++count == MAX_RUN_COUNT) {
                sort(a, left, right, true);
                return;
            }
        }

        // Check special cases
        // Implementation note: variable "right" is increased by 1.
        if (run[count] == right++) { // The last run contains one element
            run[++count] = right;
        } else if (count == 1) { // The array is already sorted
            return;
        }

        // Determine alternation base for merge
        byte odd = 0;
        for (int n = 1; (n <<= 1) < count; odd ^= 1);

        // Use or create temporary array b for merging
        int[] b;                 // temp array; alternates with a
        int ao, bo;              // array offsets from 'left'
        int blen = right - left; // space needed for b
        if (work == null || workLen < blen || workBase + blen > work.length) {
            work = new int[blen];
            workBase = 0;
        }
        if (odd == 0) {
            System.arraycopy(a, left, work, workBase, blen);
            b = a;
            bo = 0;
            a = work;
            ao = workBase - left;
        } else {
            b = work;
            ao = 0;
            bo = workBase - left;
        }

        // Merging
        for (int last; count > 1; count = last) {
            for (int k = (last = 0) + 2; k <= count; k += 2) {
                int hi = run[k], mi = run[k - 1];
                for (int i = run[k - 2], p = i, q = mi; i < hi; ++i) {
                    if (q >= hi || p < mi && a[p + ao] <= a[q + ao]) {
                        b[i + bo] = a[p++ + ao];
                    } else {
                        b[i + bo] = a[q++ + ao];
                    }
                }
                run[++last] = hi;
            }
            if ((count & 1) != 0) {
                for (int i = right, lo = run[count - 1]; --i >= lo;
                    b[i + bo] = a[i + ao]
                );
                run[++last] = right;
            }
            int[] t = a; a = b; b = t;
            int o = ao; ao = bo; bo = o;
        }
    }

结合文档以及源代码，我们发现，jdk中的Arrays.sort(）的实现是通过所谓的双轴快排的算法

/**
 * This class implements the Dual-Pivot Quicksort algorithm by
 * Vladimir Yaroslavskiy, Jon Bentley, and Josh Bloch. The algorithm
 * offers O(n log(n)) performance on many data sets that cause other
 * quicksorts to degrade to quadratic performance, and is typically
 * faster than traditional (one-pivot) Quicksort implementations.
 *
 * All exposed methods are package-private, designed to be invoked
 * from public methods (in class Arrays) after performing any
 * necessary array bounds checks and expanding parameters into the
 * required forms.
 *
 * @author Vladimir Yaroslavskiy
 * @author Jon Bentley
 * @author Josh Bloch
 *
 * @version 2011.02.11 m765.827.12i:5\7pm
 * @since 1.7
 */

Java1.8的快排是一种双轴快排，顾名思义：双轴快排是基于两个轴来进行比较，跟普通的选择一个点来作为轴点的快排是有很大的区别的，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。。。。。嗯。。。反正很高深的样子

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。

疑问：为啥不用泛型