Arrays類及其方法分析
Arrays.sort()方法，對於基本數據類型采用DualPivotQuicksort（多路快排）進行排序，對於引用類型的數組，采用MergeSort（歸並排序）進行排序，下面我們分別來講一下這兩類排序算法。
對基本類型數組的排序
Java中的八種基本數據類型，除了boolean，其它七種都是可以且有需求進行排序的，如果一個數組是單一的基礎類型，形如int[] data, long data[]都可以直接使用Arrays.sort()進行排序。對於所有可排序的基本類型，都是采用DualPivotQuicksort來進行排序的。首先來看個例子：
package com.adam.java.algo.arrays;
import java.util.Arrays;
import org.junit.Test;
public class ArraysBasicTest {
@Test
public void testSortInteger() {
int data[] = { 10, 8, 9, 1, 2, 5, 98, 3, 7, 66 };
Arrays.sort(data);
for (int i : data) {
System.out.print(i + " ");
}
}
@Test
public void testSortChar() {
char data[] = { ‘D‘, ‘B‘, ‘E‘, ‘C‘, ‘H‘, ‘A‘, ‘Y‘, ‘G‘, ‘I‘, ‘O‘ };
Arrays.sort(data);
for (char i : data) {
System.out.print(i + " ");
}
}
}
輸出：
1 2 3 5 7 8 9 10 66 98
A B C D E G H I O Y
這裏我們要看一下Arrays.sort()采用的算法了，我們查看下JDK源碼。
/**
Sorts the specified array into ascending numerical order.
<p>Implementation note: The sorting algorithm is a Dual-Pivot Quicksort
by Vladimir Yaroslavskiy, Jon Bentley, and Joshua Bloch. This 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.
- @param a the array to be sorted
*/
public static void sort(int[] a) {
DualPivotQuicksort.sort(a, 0, a.length - 1, null, 0, 0);
}
發現所有的基本排序都是直接使用DualPivotQuicksort.sort()進行的，因此，我們有必要了解一下DualPivotQuicksort的原理。基本思想就是：
元素個數從1-47，則直接使用插入排序進行排序。
元素個數從47-286，則使用多路快速排序。
元素個數大於286，則使用歸並排序
這裏我們研究下多路快排的原理，首先我們回顧一下經典快排是怎麽實現的。
經典快排實現思路：
-
找一個中軸，一般情況選取數組的第一個元素。
-
定義兩個指針，分別指向最左邊和最右邊，從右邊開始遍歷，如果大於中軸，則右邊指針左移一位，如果小於中軸，則互換位置；同理再從左邊開始和中軸比較，如果小於中軸，指針向右移動，如果大於中軸，則互換位置。
- 一趟排序下來，中軸左邊的都小於中軸，右邊的都大於中軸。
4.遞歸的對子數組進行如上操作，不穩定，時間復雜度最優情況O(nlogn)，最壞情況為基本有序時為O(n2)。關於快排的詳細說明，請參考另一篇博文。
多路快排實現思路：
-
選取兩個中軸P1, P2。
-
假設P1<P2，否則交換。
-
過程中原數組會分為四個部分：小於中軸1，大於中軸2，介於兩個中軸之間，未排序部分（剛開始除了兩個中軸，其它元素都屬於這部分）。
-
開始後，從未排序部分選取一個數，和兩個中軸作比較，然後放到合適的位置，一直到未排序部分無數據，結束一趟排序。
- 遞歸地處理子數組，穩定排序，時間復雜度穩定為O(nlogn)。
對引用類型的數組排序
我們舉個例子，對User類型的數組，根據年齡進行排序，此處用到Comparator接口，更多關於Comparator的介紹，請點擊。
新建一個User類：
package com.adam.java.algo.arrays;
public class User {
private String name;
private String gender;
private int age;
public User(String name, String gender, int age) {
this.name = name;
this.gender = gender;
this.age = age;
}
/**
- @return the name
*/
public String getName() {
return name;
}
/**
@param name
- the name to set
*/
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
/**
- @return the gender
*/
public String getGender() {
return gender;
}
/**
@param gender
- the gender to set
*/
public void setGender(String gender) {
this.gender = gender;
}
/**
- @return the age
*/
public int getAge() {
return age;
}
/**
@param age
- the age to set
*/
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
再建一個排序類：
package com.adam.java.algo.arrays;
import java.util.Comparator;
public class UserComparator implements Comparator<User> {
@Override
public int compare(User o1, User o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
}
測試：
package com.adam.java.algo.arrays;
import java.util.Arrays;
public class ArraysTest {
public static void main(String[] args) {
User[] users = new User[]{new User("egg", "male", 26), new User("Kity", "Female", 25), new User("Pole", "male", 23), new User("Jack", "male", 28)};
Arrays.sort(users, new UserComparator());
for (User user : users) {
System.out.println("name: " + user.getName() + " ,age: "+user.getAge());
}
}
}
輸出：
name: Pole ,age: 23
name: Kity ,age: 25
name: egg ,age: 26
name: Jack ,age: 28
這就是一個簡單的對引用類型的數組排序的例子，在JDK1.8中，對引用類型的排序，采用的歸並排序的算法。
在JDK1.8中，對於排序方法，還引入了parallelSort()，每個sort()都有對應的並行排序方法，當數組元素個數大於2的13次（8196）後采用parallelSort()。
搜索
在用二分搜索對一個已經有序的數組進行查找，如果存在，返回key在該數組中的位置，如果不存在，返回負數，值為：-插入點-1，舉個例子：
假設一個排好序的數組是：1,6,8,10,12，如果key為7，則返回值為-3，因為7應該插入到6,8之間，所以插入點為2（下標從0開始），所以返回值為-2-1=-3。
ArrayToList
這方面，是將一個數組，轉換成一個list形式，註意：通常情況下，如果該數組是int型的，如int[[ data，這種情況會出現並不是直接將該數組中的所有元素轉成新的list的所有元素，而是將整個數組，轉成list的一個元素，這是一種特殊情況，將類型int改成Integer就可以避免了。此處感謝網友@Java我人生指正！
/**
Returns a fixed-size list backed by the specified array. (Changes to
the returned list "write through" to the array.) This method acts
as bridge between array-based and collection-based APIs, in
combination with {@link Collection#toArray}. The returned list is
serializable and implements {@link RandomAccess}.
<p>This method also provides a convenient way to create a fixed-size
list initialized to contain several elements:
<pre>
List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");
</pre>
@param <T> the class of the objects in the array
@param a the array by which the list will be backed
- @return a list view of the specified array
*/
@SafeVarargs
@SuppressWarnings("varargs")
public static <T> List<T> asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}
根據註釋得知，返回的新list是個定長的list，而且並不可以就行添加或者刪除元素，否則報：java.lang.UnsupportedOperationException異常。這是為什麽？因為此處的ArrayList並非我們常用的java.util.ArrayList類，而是Arrays類的一個內部類，因為繼承了AbstractList，所有可以和list相互轉換，但是不具備add和remove等操作。
CopyOf
Arrays.copyOf()用來進行數組的復制，返回一個全新的數組，可以傳入一個參數來定義新數組的大小，如果傳入的數小於原來的數組長度，則直接把原數組多余的部分剪掉，如果傳入的值大於原數組，則新數組多余的部分補默認值（對於int類型的，補0）。
Arrays類及其方法分析