Java的Arrays.sort()方法排序算法实例分析

在Java中，我们可以使用Arrays.sort()方法对数组进行排序。这个方法具有良好的性能和适应性。

然而，不了解其实现原理可能会产生些困惑，我们在这里将从排序算法本身的角度，详细讲述如何使用Arrays.sort()方法并提高其性能。

排序算法

Arrays.sort()方法使用的排序算法是不稳定的“快速排序”，在数组规模较大时性能比较突出。当数组规模比较小（大约小于7个元素）时，算法会转用Insertion sort进行排序。

快速排序

快速排序（QuickSort）将一个待排序序列分成两个序列，其中一个序列中的元素均比另一个序列中的元素小，然后再分别对这两个序列进行排序。

虽然快速排序最好的时间复杂度为O(nlogn)，但是在某些情况下，快速排序的性能会变得较差，例如当排序数组本身已经有序，或者序列中存在大量重复元素时，算法的时间复杂度将退化为O(n²)。

插入排序

插入排序（Insertion Sort）可以在小数组中更加高效，因为它的核心思想是将元素插入到已排序的序列中。

插入排序是一种稳定的排序算法，但是在面对大规模乱序数组时，性能较慢。

使用Arrays.sort()方法

在使用Arrays.sort()方法时，我们只需要提供待排序的数组作为参数即可。该方法默认按照数组元素的自然顺序进行排序，也可以传入一个自定义的比较器，按照我们定义的方式进行排序。

示例1

我们先来看一个使用Arrays.sort()方法默认排序的示例：

public class SortArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {64,25,12,22,11};
        Arrays.sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

输出结果为：[11, 12, 22, 25, 64]

示例2

接下来，我们看看怎么使用自定义的比较器：

public class SortArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = {"java", "python", "c", "javascript", "ruby"};
        Arrays.sort(arr, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o1.charAt(0) - o2.charAt(0);
            }
        });
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

输出结果为：[c, java, javascript, python, ruby]

更多有关Arrays.sort()方法的使用可以参考Java官方文档。

性能优化

在进行排序时，有些小技巧可以提高性能。

避免多次拷贝数组

排序时，如果数组中的元素类型是一个比较大的对象，可以避免多次拷贝数组来提高效率。可以通过实现java.util.function.Consumer接口将数组元素获取到。

public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
    if (c == null)
        sort(a);
    else
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a, c);   //只进行了方法的分配
        else
            TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
}

对基础类型使用快速排序

Java中的内置类型没有自己的compareTo方法，在排序时会使用Java的拆箱机制导致性能下降。因此，为了提高性能，在对基础类型进行排序时，应该使用快速排序。

如下面的例子：

public class SortArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr = {64,25,12,22,11};
        Arrays.sort(arr, Comparator.comparingInt(Integer::intValue));
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

这个例子通过传入一个使用comparingInt的比较器，对基础类型进行排序，提高了效率。

总结

在Java中，Arrays.sort()方法是一个重要的排序工具，它使用的排序算法是不稳定的快速排序，但在小规模数组上使用插入排序来提高性能。在使用Arrays.sort()方法时，可以按照自然顺序，也可以使用自定义比较器进行排序。同时，也可以通过一些技巧来提高排序的性能。