Java - 浅析 Comparable 和 Comparator

概述

在 Java 中我们知道基本数据类型，比如 int、float 等可以使用 ==、!=、>、< 来进行大小比较，但是对象或者包装类之间怎么进行比较呢，Java 也给我们提供了两个相关的类：Comparable 和 Comparator

public interface Comparable<T> {}

@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {}

那么它们两个有什么区别呢：

• 从命名上

  从命名上，Comparable 是形容词，Comparator 是名词。可以理解为实现了 Comparable 接口的类具备了相互之间比较的能力；而 Comparator 的接口其中定义了一些默认的比较规则，还可以实现这个接口来自定义比较规则

• 从源码上

  从源码上，Comparable 是一个接口，实现这个接口的类要重写其中定义的 compareTo() 方法；Comparator 是一个函数式接口，可以通过 lambda 表达式来使用

PriorityQueue

PriorityQueue 是一个优先级队列，其中的元素会按照它们的自然顺序排序（实现 Comparable 接口），或者由队列构造时提供的 Comparator 排序，两者必须存在一个。我们来看一下 PriorityQueue 的源码：

ublic class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
    implements java.io.Serializable {

	// 自定义 Comparator，由构造方法传入
	private final Comparator<? super E> comparator;

	public PriorityQueue() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
    }

	public PriorityQueue(Comparator<? super E> comparator) {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, comparator);
    }
	
	public PriorityQueue(int initialCapacity,
                         Comparator<? super E> comparator) {
        // Note: This restriction of at least one is not actually needed,
        // but continues for 1.5 compatibility
        if (initialCapacity < 1)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.queue = new Object[initialCapacity];
        this.comparator = comparator;
    }

	public boolean add(E e) {
        return offer(e);
    }

	public boolean offer(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        modCount++;
        int i = size;
        if (i >= queue.length)
            grow(i + 1);
        size = i + 1;
        if (i == 0)
            queue[0] = e;
        else
        	// 添加的时候排序
            siftUp(i, e);
        return true;
    }

	private void siftUp(int k, E x) {
        if (comparator != null)
        	// 构造方法传入的 Comparator
            siftUpUsingComparator(k, x);
        else
        	// 使用类自身的 Comparable 能力
            siftUpComparable(k, x);
    }

	private void siftUpComparable(int k, E x) {
		// 如果类没有实现 Comparable 接口，这里会抛出 ClassCastException 类型转化异常
        Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
        while (k > 0) {
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            if (key.compareTo((E) e) >= 0)
            	// 如果要添加进来的值，大于等于 e，则不做任何操作
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = key;
    }

	private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
        while (k > 0) {
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
            	// 如果
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = x;
    }
}

接下来就通过 PriorityQueue 来理解 Comparable 和 Comparator 这两个概念。

Comparable

要理解 Comparable，我们首先来看一下 Java 中 Integer 类的源码：

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
	...
	
	public int compareTo(Integer anotherInteger) {
        return compare(this.value, anotherInteger.value);
    }

	public static int compare(int x, int y) {
        return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
    }
    
	...
}

可以看到 Integer 类实现了 Comparable 接口，并且重写了 compareTo() 方法，说明 Integer 类具有了比较的能力。compareTo() 方法返回值是一个 int 类型的数字，为 -1 表示传入的对象大，为 0 表示一样大，1 表示 this 对象大。

使用 PriorityQueue 测试 Integer 中 Comparable 的测试用例：

void testComparable() {
	// Integer 实现了 Comparable，所以这里可以使用无参构造器
   	Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
    queue.add(76);
    queue.add(1);
    queue.add(8);
    queue.add(4);
    queue.add(88);
    queue.add(54);

    System.out.println(queue.element());	// 1
}

Comparator

首先定义一个 People 类，只有一个年龄 age 属性：

@Data
@AllArgsConstructor
public class People {

    private Integer age;
}

定义一个 Comparator：

public class MyComparator implements Comparator<People> {
    @Override
    public int compare(People o1, People o2) {
    	// 返回正整数表示 o1 > o2
        return o1.getAge() - o2.getAge();
    }
}

测试用例：

void testComparator() {
	// 这里一定要传入自定义的 Comparator
	Queue<People> queue = new PriorityQueue<>(new MyComparator());
    queue.add(new People(21));
    queue.add(new People(10));
    queue.add(new People(44));
    queue.add(new People(56));
    queue.add(new People(35));	// People(age=10)

    System.out.println(queue.element());
}

总结

对于 Comparable 和 Comparator 的应用还是非常简单的，从上面两个示例中基本就能理解，所以就不做过多的解释了，无非是要分清楚谁大谁小而已：

• 对于实现 Comparable 接口的 compareTo() 方法来说，返回值为正表示传入的对象大，为负表示传入的对象小于 this 对象。

• 对于实现 Comparator 接口的 compare() 方法来说，返回值为正表示传入的第一个对象大于第二个对象，为负表示第一个对象小于第二个对象。