JAVA Arrays.sort()中的排序算法总结

Java的Arrays.sort()方法到底用的什么排序算法

暂时网上看过很多JDK8中Arrays.sort的底层原理，有些说是插入排序，有些说是归并排序，也有说大于域值用计数排序法，否则就使用插入排序。。。其实不全对。让我们分析个究竟：

1 // Use Quicksort on small arrays
2 if (right - left < QUICKSORT_THRESHOLD) 
3 { 
4        //QUICKSORT_THRESHOLD = 286
5         sort(a, left, right, true);        
6         return;
7  }

数组一进来，会碰到第一个阀值QUICKSORT_THRESHOLD（286），注解上说，小过这个阀值的进入Quicksort （快速排序），其实并不全是，点进去sort(a, left, right, true);方法：

1 // Use insertion sort on tiny arrays
2 if (length < INSERTION_SORT_THRESHOLD) 
3 {        
4     if (leftmost) 
5     {
6         ......

点进去后我们看到第二个阀值INSERTION_SORT_THRESHOLD（47），如果元素少于47这个阀值，就用插入排序，往下看确实如此：

 1 /*
 2  * Traditional (without sentinel) insertion sort,
 3  * optimized for server VM, is used in case of
 4  * the leftmost part.
 5  */
 6 for (int i = left, j = i; i < right; j = ++i) 
 7 {               
 8      int ai = a[i + 1];               
 9      while (ai < a[j]) 
10      {
11           a[j + 1] = a[j];                   
12           if (j-- == left) 
13           {       
14                break;
15            }
16       }
17       a[j + 1] = ai;

元素少于47用插入排序

至于大过INSERTION_SORT_THRESHOLD（47）的，用一种快速排序的方法：

1.从数列中挑出五个元素，称为 “基准”（pivot）；

2.重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区退出之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作；

3.递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。

快速排序（Quick Sort）

这是少于阀值QUICKSORT_THRESHOLD（286）的两种情况，至于大于286的，它会进入归并排序（Merge Sort），但在此之前，它有个小动作：

 1 // Check if the array is nearly sorted
 2     for (int k = left; k < right; run[count] = k) {        if (a[k] < a[k + 1]) { // ascending
 3             while (++k <= right && a[k - 1] <= a[k]);
 4         } else if (a[k] > a[k + 1]) { // descending
 5             while (++k <= right && a[k - 1] >= a[k]);            for (int lo = run[count] - 1, hi = k; ++lo < --hi; ) {                int t = a[lo]; a[lo] = a[hi]; a[hi] = t;
 6             }
 7         } else { // equal
 8             for (int m = MAX_RUN_LENGTH; ++k <= right && a[k - 1] == a[k]; ) {                if (--m == 0) {
 9                     sort(a, left, right, true);                    return;
10                 }
11             }
12         }        /*
13          * The array is not highly structured,
14          * use Quicksort instead of merge sort.
15          */
16         if (++count == MAX_RUN_COUNT) {
17             sort(a, left, right, true);            return;
18         }
19     }

这里主要作用是看他数组具不具备结构：实际逻辑是分组排序，每降序为一个组，像1,9,8,7,6,8。9到6是降序，为一个组，然后把降序的一组排成升序：1,6,7,8,9,8。然后最后的8后面继续往后面找。

每遇到这样一个降序组，++count，当count大于MAX_RUN_COUNT（67），被判断为这个数组不具备结构（也就是这数据时而升时而降），然后送给之前的sort(里面的快速排序)的方法（The array is not highly structured,use Quicksort instead of merge sort.）

如果count少于MAX_RUN_COUNT（67）的，说明这个数组还有点结构，就继续往下走下面的归并排序。

总结：

从上面分析，Arrays.sort并不是单一的排序，而是插入排序，快速排序，归并排序三种排序的组合，为此我画了个流程图：

O(nlogn)只代表增长量级，同一个量级前面的常数也可以不一样，不同数量下面的实际运算时间也可以不一样。

数量非常小的情况下（就像上面说到的，少于47的），插入排序等可能会比快速排序更快。 所以数组少于47的会进入插入排序。

快排数据越无序越快（加入随机化后基本不会退化），平均常数最小，不需要额外空间，不稳定排序。

归排速度稳定，常数比快排略大，需要额外空间，稳定排序。

所以大于或等于47或少于286会进入快排，而在大于或等于286后，会有个小动作：“// Check if the array is nearly sorted”。这里第一个作用是先梳理一下数据方便后续的归并排序，第二个作用就是即便大于286，但在降序组太多的时候（被判断为没有结构的数据，The array is not highly structured,use Quicksort instead of merge sort.），要转回快速排序。