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 

//对外公开的两个sort方法
public static void sort(int[] a) {
    sort(a, 0, a.length);
}
public static void sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex) {
    rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);
    dualPivotQuicksort(a, fromIndex, toIndex - 1, 3);
}
//对数组的边界检测
private static void rangeCheck(int length, int fromIndex, int toIndex) {
    if (fromIndex > toIndex) {
        throw new IllegalArgumentException("fromIndex > toIndex");
    }
    if (fromIndex < 0) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(fromIndex);
    }
    if (toIndex > length) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(toIndex);
    }
}
//交换数组中两个元素
private static void swap(int[] a, int i, int j) {
    int temp = a[i];
    a[i] = a[j];
    a[j] = temp;
}
/**
 * 双轴快排的具体实现
 * @param a     待排序数组
 * @param left  数组需排序上界
 * @param right 数组需排序下界
 * @param div   理解为从何位置取轴
 */
private static void dualPivotQuicksort(int[] a, int left,int right, int div) {
    int len = right - left;
    //数组长度如果很小（27），则直接用插入排序对其排序
    if (len < 27) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            for (int j = i; j > left && a[j] < a[j - 1]; j--) {
                swap(a, j, j - 1);
            }
        }
        return;
    }
    //取到位于1/div和div-1/div位置的点，并用他们来做轴
    int third = len / div;
    int m1 = left + third;
    int m2 = right - third;
    if (m1 <= left) {
        m1 = left + 1;
    }
    if (m2 >= right) {
        m2 = right - 1;
    }
    //确保left是小的，right是大的
    if (a[m1] < a[m2]) {
        swap(a, m1, left);
        swap(a, m2, right);
    }
    else {
        swap(a, m1, right);
        swap(a, m2, left);
    }
    // 两个轴
    int pivot1 = a[left];
    int pivot2 = a[right];
    // 代表比p1小和比p2大的两个指针
    int less = left + 1;
    int great = right - 1;
    // 开始取出less到great之间的未知大小数据，与两个轴比较
    // 并且将数据放入正确的区域后调整各个指针
    for (int k = less; k <= great; k++) {
        //如果取出的数比p1小，那么直接到less左侧，并且less右移
        if (a[k] < pivot1) {
            swap(a, k, less++);
        }
        //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
        //然后与great位置的数字交换，great左移
        //此时，great交换的数字肯定是比p2小或者相等的（首先确定过）
        //那么此时再与p1相比，处理这个数的区间
        else if (a[k] > pivot2) {
            while (k < great && a[great] > pivot2) {
                great--;
            }
            swap(a, k, great--);
            if (a[k] < pivot1) {
                swap(a, k, less++);
            }
        }
        //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
    }
    //将p1与less左侧的第一个数交换
    swap(a, less - 1, left);
    //将p2与great右侧的第一个数交换
    swap(a, great + 1, right);
    // 计算出在两轴大小之间的个数
    int dist = great - less;
    //如果这个数很小（13），那么取轴的点向两边偏
    if (dist < 13) {
        div++;
    }
    // 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
    // 所以不需要比较
    dualPivotQuicksort(a, left, less - 2, div);
    dualPivotQuicksort(a, great + 2, right, div);
    // 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
    if (dist > len - 13 && pivot1 != pivot2) {
        for (int k = less; k <= great; k++) {
            if (a[k] == pivot1) {
                swap(a, k, less++);
            }
            else if (a[k] == pivot2) {
                swap(a, k, great--);
                if (a[k] == pivot1) {
                    swap(a, k, less++);
                }
            }
        }
    }
    // 对中间的区间排序
    if (pivot1 < pivot2) {
        dualPivotQuicksort(a, less, great, div);
    }
}

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。