面试：聊一聊 Java 数组默认的排序算法，我懵了

背景

之前一直没关注过Java底层排序的算法，才仔细看了下Timsort。

Timsort 是一个混合、稳定的排序算法，简单来说就是归并排序和二分插入排序算法的混合体，号称世界上最好的排序算法。

它由 Tim Peters 在 2002 年提出并实现，一直是 Python 的标准排序算法。Java 在 1.7 后增加了 Timsort API ，从Java中的 Arrays.sort 可以看出它是默认的排序算法，主要用于非原始类型数组排序。所以不管是进阶编程还是面试，理解 Timsort 都是比较重要。

// List sort()    
default void sort(Comparator c) {
        Object[] a = this.toArray();
  			//数组排序
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
  			...
    }

// Arrays.sort
    public static  void sort(T[] a, Comparator c) {
        if (c == null) {
            sort(a);
        } else {
          	// 废弃版本
            if (LegacyMergeSort.userRequested)
                legacyMergeSort(a, c);
            else
                TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
        }
    }

    public static void sort(Object[] a) {
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a);
        else
            ComparableTimSort.sort(a, 0, a.length, null, 0, 0);
    }

前置知识

理解 Timsort 需要先回顾下面的知识。

指数搜索

指数搜索，也被称为加倍搜索，是一种用于在大型数组中搜索元素而创建的算法。它是一个两步走的过程。首先，该算法试图找到目标元素存在的范围 (L，R)，然后在这个范围内使用二叉搜索来寻找目标的准确位置。时间复杂度为 O(lg⁡n)O(\lg n)O(lgn)。该搜索算法在大量有序数组中比较有效。

二分插入排序

插入排序算法很简单，大体过程是从第二个元素开始，依次向前移动交换元素直到找到合适的位置。

插入排序最优时间复杂度也要 O(n)O(n)O(n) ，我们可以使用二分查找来减少插入时元素的比较次数，将时间复杂度降为 log⁡n\log nlogn。但是注意，二分查找插入排序仍然需要移动相同数量的元素，但是复制数组的时间消耗低于逐一互换操作。

特点：二分插入排序主要优点是在小数据集场景下排序效率很高。

    public static int[] sort(int[] arr) throws Exception {
        // 开始遍历第一个元素后的所有元素
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            // 需要插入的元素
            int tmp = arr[i];
            // 从已排序最后一个元素开始，如果当前元素比插入元素大，就往后移动
            i