1. 為什麼寫這篇文章

這篇文章的根源是在產品中發現了一個詭異的bug：只能在產品環境下重現，在我的本地開發環境無法重現，而雙方的程式碼沒有任何區別。最後用remotedebug的方法找到異常所在：

Exception in thread "main"Java.lang.IllegalArgumentException: Comparison
method violates its general contract!

Google了這個錯誤，是由於Java 7內建的新排序演算法導致的。這才猛然想起產品的編譯環境最近升級到了Java 7。

2. 結論

在Java 6中Arrays.sort()和Collections.sort()使用的是MergeSort，而在Java7中，內部實現換成了

Comparator的實現必須保證以下幾點（出自這兒）：

a). sgn(compare(x, y)) == -sgn(compare(y, x))
b). (compare(x, y)>0) && (compare(y, z)>0) 意味著compare(x, z)>0
c). compare(x, y)==0 意味著對於任意的z：sgn(compare(x, z))==sgn(compare(y,z)) 均成立

而我們的程式碼中，某個compare()實現片段是這樣的：

public int compare(ComparatorTest o1,ComparatorTest o2) {
    returno1.getValue() > o2.getValue() ? 1 : -1;
}

這就違背了a)原則：假設X的value為1，Y的value也為1；那麼compare(X, Y) ≠ –compare(Y,X)
PS: TimSort不僅內建在各種JDK 7的版本，也存在於Android SDK中（儘管其並沒有使用JDK 7）。

3. 解決方案

3.1) 更改內部實現：例如對於上個例子，就需要更改為

public int compare(ComparatorTest o1,ComparatorTest o2) {
    returno1.getValue() == o2.getValue() ? 0 : 
               (o1.getValue() > o2.getValue() ? 1 : -1);
}

3.2) Java 7預留了一個介面以便於使用者繼續使用Java6的排序演算法：在啟動引數中（例如eclipse.ini）新增-Djava.util.Arrays.useLegacyMergeSort=true

3.3) 將這個IllegalArgumentException手動捕獲住（不推薦）

4. TimSort在Java 7中的實現

那麼為什麼Java7會將TimSort作為排序的預設實現，甚至在某種程度上犧牲它的相容性（在stackoverflow上有大量的問題是關於這個新異常的）呢？接下來我們不妨來看一看它的實現。

首先建議大家先讀一下這篇文章以簡要理解TimSort的思想。

4.1) 如果傳入的Comparator為空，則使用ComparableTimSort的sort實現。

4.2) 傳入的待排序陣列若小於MIN_MERGE（Java實現中為32，Python實現中為64），則

a) 從陣列開始處找到一組連線升序或嚴格降序（找到後翻轉）的數
b) BinarySort：使用二分查詢的方法將後續的數插入之前的已排序陣列

4.3) 開始真正的TimSort過程：

4.3.1) 選取minRun大小，之後待排序陣列將被分成以minRun大小為區塊的一塊塊子陣列

a) 如果陣列大小為2的N次冪，則返回16（MIN_MERGE / 2）
b) 其他情況下，逐位向右位移（即除以2），直到找到介於16和32間的一個數

4.3.2) 類似於4.2.a找到初始的一組升序數列
4.3.3) 若這組區塊大小小於minRun，則將後續的數補足（採用binary sort插入這個陣列）
4.3.4) 為後續merge各區塊作準備：記錄當前已排序的各區塊的大小
4.3.5) 對當前的各區塊進行merge，merge會滿足以下原則（假設X，Y，Z為相鄰的三個區塊）：

a) 只對相鄰的區塊merge
b) 若當前區塊數僅為2，If X<=Y，將X和Y merge
b) 若當前區塊數>=3，If X<=Y+Z，將X和Y merge，直到同時滿足X>Y+Z和Y>Z

4.3.6) 重複4.3.2 ~ 4.3.5，直到將待排序陣列排序完
4.3.7) Final Merge：如果此時還有區塊未merge，則合併它們

5. Demo

這一節用一個具體的例子來演示整個演算法的演進過程：

*注意*：為了演示方便，我將TimSort中的minRun直接設定為2，否則我不能用很小的陣列演示。。。同時把MIN_MERGE也改成2（預設為32），這樣避免直接進入binarysort。

初始陣列為[7,5,1,2,6,8,10,12,4,3,9,11,13,15,16,14]
=> 尋找連續的降序或升序序列 (4.3.2)
[1,5,7][2,6,8,10,12,4,3,9,11,13,15,16,14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前的棧區塊為[3]
=> 進入merge迴圈 (4.3.5)
do notmerge因為棧大小僅為1
=> 尋找連續的降序或升序序列 (4.3.2)
[1,5,7] [2,6,8,10,12][4,3,9,11,13,15,16,14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前的棧區塊為[3, 5]
=> 進入merge迴圈 (4.3.5)
merge因為runLen[0]<=runLen[1]

1)gallopRight：尋找run1的第一個元素應當插入run0中哪個位置（”2”應當插入”1”之後），然後就可以忽略之前run0的元素（都比run1的第一個元素小）
2)gallopLeft：尋找run0的最後一個元素應當插入run1中哪個位置（”7”應當插入”8”之前），然後就可以忽略之後run1的元素（都比run0的最後一個元素大）
這樣需要排序的元素就僅剩下[5,7] [2,6]，然後進行mergeLow

完成之後的結果：
[1,2,5,6,7,8,10,12][4,3,9,11,13,15,16,14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前的棧區塊為[8]
退出當前merge迴圈因為棧中的區塊僅為1
=> 尋找連續的降序或升序序列 (4.3.2)
[1,2,5,6,7,8,10,12] [3,4][9,11,13,15,16,14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前的棧區塊大小為[8,2]
=> 進入merge迴圈 (4.3.5)
do not merge因為runLen[0]>runLen[1]
=> 尋找連續的降序或升序序列 (4.3.2)
[1,2,5,6,7,8,10,12] [3,4][9,11,13,15,16] [14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前的棧區塊為[8,2,5]
=>
do not merege run1與run2因為不滿足runLen[0]<=runLen[1]+runLen[2]
merge run2與run3因為runLen[1]<=runLen[2]

1) gallopRight：發現run1和run2就已經排好序
完成之後的結果：
[1,2,5,6,7,8,10,12][3,4,9,11,13,15,16] [14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前入棧的區塊大小為[8,7]
退出merge迴圈因為runLen[0]>runLen[1]
=> 尋找連續的降序或升序序列 (4.3.2)
最後只剩下[14]這個元素：[1,2,5,6,7,8,10,12][3,4,9,11,13,15,16] [14]
=> 入棧 (4.3.4)
當前入棧的區塊大小為[8,7,1]
=> 進入merge迴圈 (4.3.5)
merge因為runLen[0]<=runLen[1]+runLen[2]
因為runLen[0]>runLen[2]，所以將run1和run2先合併。（否則將run0和run1先合併）
1) gallopRight & 2) gallopLeft
這樣需要排序的元素剩下[13,15] [14]，然後進行mergeHigh
完成之後的結果：
[1,2,5,6,7,8,10,12][3,4,9,11,13,14,15,16] 當前入棧的區塊為[8,8]
=>
繼續merge因為runLen[0]<=runLen[1]
1) gallopRight & 2) gallopLeft
需要排序的元素剩下[5,6,7,8,10,12] [3,4,9,11]，然後進行mergeHigh
完成之後的結果：
[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]當前入棧的區塊大小為[16]
=>
不需要final merge因為當前棧大小為1
=>
結束

6. 如何重現文章開始提到的Exception

這一節將剝離複雜的業務邏輯，用一個最簡單的例子（不修改TimSort.java內建的各種引數）重現文章開始提到的Exception。因為儘管google出來的結果中非常多的人提到了這個Exception及解決方案，但並沒有人給出一個可以重現的例子和測試資料。另一方面，我也想從其他角度來加深對這個問題的理解。

構造測試資料的過程是個反人類的過程:( 大家不要學我。。

以下是能重現這個問題的程式碼：

public class ReproJava7Exception {
  publicstatic void main(String[] args) {
 int[] sample = new int[]
 {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-2,1,0,-2,0,0,0,0};
 List list = new ArrayList();
 for (int i : sample)
 list.add(i);
 // use the native TimSort in JDK 7
 Collections.sort(list, new Comparator() {
 @Override
 public int compare(Integer o1, Integer o2) {
 // miss the o1 = o2 case on purpose
 return o1 > o2 ? 1 : -1;
 }
 });
  }
}

7. Sample Code

8. References