Java基础之List内元素的排序性能对比

在Java中，我们经常需要对List中的元素进行排序，但不同的排序算法对于不同的元素数量和类型，性能表现并不相同。本篇文章将对Java中常见的三种排序算法进行性能测试和对比，帮助开发者在选择排序算法时能够更好地权衡性能和时间复杂度。

常见的排序算法

在Java中，常见的排序算法有以下三种：

冒泡排序
插入排序
快速排序

测试环境和数据

测试平台：MacBook Pro 2019，2.3 GHz 八核Intel Core i9，16 GB 2667 MHz DDR4

测试数据：长度为10000的随机整数数组

冒泡排序

冒泡排序是一种基本的排序算法，实现简单，但对于性能较慢的数组排序来说，并不是最优的选择。

冒泡排序的基本原理是通过比较相邻元素，如果第一个比第二个大，则交换它们的位置，以此类推，直到最后一个元素。该算法需要进行多次遍历，每次都要比较相邻两位元素并进行交换，因此时间复杂度较高。

以下是冒泡排序的Java代码实现：

public void bubbleSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++)
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int tmp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = tmp;
            }
}

使用长度为10000的随机整数数组进行测试，冒泡排序的排序时间为3.815s。

插入排序

插入排序是一种高效的排序算法，特别适合于元素基本有序的场景。它的基本思想是将数组分成两部分，一部分为已排好序的元素，一部分为未排序的元素。每次从未排序的元素中取一个，插入到已排序的元素中，直到全部元素都被插入完毕。

以下是插入排序的Java代码实现：

public void insertionSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = 1; i < n; ++i) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;

        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j = j - 1;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

使用长度为10000的随机整数数组进行测试，插入排序的排序时间为0.038s，明显优于冒泡排序。

快速排序

快速排序是一种高效的排序算法，它是基于分治法的思想，通过递归调用进行排序，具有较高的效率，响应速度较快。快速排序的基本思想是选出一个基准值（pivot），将数组分成两部分，一部分是小于基准值的元素，另一部分是大于或等于基准值的元素。然后对这两部分分别进行排序，递归调用该过程，最终得到排好序的数组。

以下是快速排序的Java代码实现：

public void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);

        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

public int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = (low - 1);

    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;

            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }

    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;

    return i + 1;
}

使用长度为10000的随机整数数组进行测试，快速排序的排序时间为0.008s，性能远超冒泡排序和插入排序。