Java 深入理解排序接口Comparable和比较器接口Comparator
Comparable
Comparable 是排序接口。若一个类实现了Comparable接口，就意味着“该类支持排序”。 即然实现Comparable接口的类支持排序，假设现在存在“实现Comparable接口的类的对象的List列表(或数组)”，则该List列表(或数组)可以通过 Collections.sort（或 Arrays.sort）进行排序。
Comparable 接口仅仅只包括一个函数，它的定义如下：
public interface Comparable {
public int compareTo(T o);
} 说明：
假设我们通过 x.compareTo(y) 来“比较x和y的大小”。若返回“负数”，意味着“x比y小”；返回“零”，意味着“x等于y”；返回“正数”，意味着“x大于y”。
Comparator
Comparator 是比较器接口。我们若需要控制某个类的次序，而该类本身不支持排序(即没有实现Comparable接口)；那么，我们可以建立一个“该类的比较器”来进行排序。这个“比较器”只需要实现Comparator接口即可。
也就是说，我们可以通过“实现Comparator类来新建一个比较器”，然后通过该比较器对类进行排序。
Comparator 接口仅仅只包括两个函数，它的定义如下：
public interface Comparator {
int compare(T o1, T o2);
boolean equals(Object obj);
} 说明：
1. 若一个类要实现Comparator接口：它一定要实现compareTo(T o1, T o2) 函数，但可以不实现 equals(Object obj) 函数。 因为 Java中的一切类都是继承于java.lang.Object，在Object.java中实现了equals(Object obj)函数；所以，其它所有的类也相当于都实现了该函数。
2. int compare(T o1, T o2) 是“比较o1和o2的大小”。返回“负数”，意味着“o1比o2小”；返回“零”，意味着“o1等于o2”；返回“正数”，意味着“o1大于o2”。
Comparator 和 Comparable 比较
Comparable是排序接口；若一个类实现了Comparable接口，就意味着“该类支持排序”。
而Comparator是比较器；我们若需要控制某个类的次序，可以建立一个“该类的比较器”来进行排序。
我们不难发现：Comparable相当于“内部比较器”，而Comparator相当于“外部比较器”。
比较操作的实现都必须保证以下几点：
（符号sgn(表达式)表示数学中的signum函数，它根据表达式的值为负值，零和正值，分别返回-1，0或1.）
a). sgn(compare(x, y)) == -sgn(compare(y, x))
b). (compare(x, y)>0) && (compare(y, z)>0) 意味着 compare(x, z)>0
c). compare(x, y)==0 意味着对于任意的z：sgn(compare(x, z))==sgn(compare(y, z)) 均成立
我们通过一个测试程序来对这两个接口进行说明。源码如下：
import java.util.*;
import java.lang.Comparable;
public class CompareComparatorAndComparableTest{
public static void main(String[] args) {
// 新建ArrayList(动态数组)
ArrayList list = new ArrayList();
// 添加对象到ArrayList中
list.add(new Person("ccc", 20));
list.add(new Person("AAA", 30));
list.add(new Person("bbb", 10));
list.add(new Person("ddd", 40));
// 打印list的原始序列
System.out.printf("Original sort, list:%s\n", list);
// 对list进行排序
// 这里会根据“Person实现的Comparable接口”进行排序，即会根据“name”进行排序
Collections.sort(list);
System.out.printf("Name sort, list:%s\n", list);
// 通过“比较器(AscAgeComparator)”，对list进行排序
// AscAgeComparator的排序方式是：根据“age”的升序排序
Collections.sort(list, new AscAgeComparator());
System.out.printf("Asc(age) sort, list:%s\n", list);
// 通过“比较器(DescAgeComparator)”，对list进行排序
// DescAgeComparator的排序方式是：根据“age”的降序排序
Collections.sort(list, new DescAgeComparator());
System.out.printf("Desc(age) sort, list:%s\n", list);
// 判断两个person是否相等
testEquals();
}
/**
* @desc 测试两个Person比较是否相等。
* 由于Person实现了equals()函数：若两person的age、name都相等，则认为这两个person相等。
* 所以，这里的p1和p2相等。
*
* TODO：若去掉Person中的equals()函数，则p1不等于p2
*/
private static void testEquals() {
Person p1 = new Person("eee", 100);
Person p2 = new Person("eee", 100);
if (p1.equals(p2)) {
System.out.printf("%s EQUAL %s\n", p1, p2);
} else {
System.out.printf("%s NOT EQUAL %s\n", p1, p2);
}
}
/**
* @desc Person类。
* Person实现了Comparable接口，这意味着Person本身支持排序
*/
private static class Person implements Comparable<Person>{
int age;
String name;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public String toString() {
return name + " - " +age;
}
/**
* 比较两个Person是否相等：若它们的name和age都相等，则认为它们相等
*/
boolean equals(Person person) {
if (this.age == person.age && this.name == person.name)
return true;
return false;
}
/**
* @desc 实现 “Comparable” 的接口，即重写compareTo函数。
* 这里是通过“person的名字”进行比较的
*/
@Override
public int compareTo(Person person) {
return name.compareTo(person.name);
//return this.name - person.name;
}
}
/**
* @desc AscAgeComparator比较器
* 它是“Person的age的升序比较器”
*/
private static class AscAgeComparator implements Comparator<Person> {
@Override
public int compare(Person p1, Person p2) {
return p1.getAge() - p2.getAge();
}
}
/**
* @desc DescAgeComparator比较器
* 它是“Person的age的升序比较器”
*/
private static class DescAgeComparator implements Comparator<Person> {
@Override
public int compare(Person p1, Person p2) {
return p2.getAge() - p1.getAge();
}
}
}
运行程序，输出如下：
Original sort, list:[ccc - 20, AAA - 30, bbb - 10, ddd - 40]
Name sort, list:[AAA - 30, bbb - 10, ccc - 20, ddd - 40]
Asc(age) sort, list:[bbb - 10, ccc - 20, AAA - 30, ddd - 40]
Desc(age) sort, list:[ddd - 40, AAA - 30, ccc - 20, bbb - 10]
eee - 100 EQUAL eee - 100排序方法的内部实现
了解了使用方法，我们再来看JDK 内部是如何帮我们实现排序的。
以下分析基于JDK 1.7。
Collections中的sort方法源码如下，
public static void sort(List list, Comparator c) {
Object[] a = list.toArray();
Arrays.sort(a, (Comparator)c);
ListIterator i = list.listIterator();
for (int j=0; jset(a[j]);
}
} 最终调用到Arrays类中的sort方法。
public static void sort(T[] a, Comparatorsuper T> c) {
if (LegacyMergeSort.userRequested)
legacyMergeSort(a, c);
else
TimSort.sort(a, c);
}
可以看到，在排序方法的实现当中，JDK 采用了两种方案，一种是归并排序，一种是TimSort，归并排序对于了解排序算法的人来说肯定不陌生。
在Java 6中Arrays.sort()和Collections.sort()使用的是MergeSort，而在Java 7中，内部实现换成了TimSort。
TimSort不仅内置在各种JDK 7的版本，也存在于Android SDK中（尽管其并没有使用JDK 7）。 如果要继续使用Java 6的排序算法：在启动参数中（例如eclipse.ini）添加 -Djava.util.Arrays.useLegacyMergeSort=true
TimSort 是一个归并排序做了大量优化的版本。对归并排序排在已经反向排好序的输入时表现O(n^2)的特点做了特别优化。对已经正向排好序的输入减少回溯。对两种情况混合（一会升序，一会降序）的输入处理比较好。对于其实现细节，有兴趣的可以自行搜索相关资料。
为什么选择归并排序
在Java中，当执行一次泛型排序时，进行一次元素比较可能是昂贵的，因为比较可能不容易被内嵌，从而动态调度的开销可能会减慢执行的速度）但是移动元素则是省时的，因为它们是引用的赋值，而不是庞大对象的拷贝）。归并排序在所有流行的排序算法中具有最少的比较次数，因此它是Java中通用排序算法的最佳选择。