程序兵法：Java String 源碼的排序算法（一）

時間 2019-12-05

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摘要: 原創出處 https://www.bysocket.com 「公衆號：泥瓦匠BYSocket 」歡迎關注和轉載，保留摘要，謝謝！

這是泥瓦匠的第103篇原創java

《程序兵法：Java String 源碼的排序算法（一）》

文章工程：
* JDK 1.8
* 工程名：algorithm-core-learning # StringComparisonDemo
* 工程地址：https://github.com/JeffLi1993/algorithm-core-learninggit

1、前言

Q：什麼是選擇問題？
選擇問題，是假設一組 N 個數，要肯定其中第 K 個最大值者。好比 A 與 B 對象須要哪一個更大？又好比：要考慮從一些數組中找出最大項？github

解決選擇問題，須要對象有個能力，即比較任意兩個對象，並肯定哪一個大，哪一個小或者相等。找出最大項問題的解決方法，只要依次用對象的比較（Comparable）能力，循環對象列表，一次就能解決。算法

那麼 JDK 源碼如何實現比較（Comparable）能力的呢？spring

2、java.lang.Comparable 接口

Comparable 接口，從 JDK 1.2 版本就有了，歷史算悠久。Comparable 接口強制了實現類對象列表的排序。其排序稱爲天然順序，其 compareTo 方法，稱爲天然比較法。數組

該接口只有一個方法 public int compareTo(T o); ，能夠看出springboot

入參 T o ：實現該接口類，傳入對應的要被比較的對象
返回值 int：正數、負數和 0 ，表明大於、小於和等於

對象的集合列表（Collection List）或者數組（arrays），也有對應的工具類能夠方便的使用：微信

java.util.Collections#sort(List) 列表排序
java.util.Arrays#sort(Object[]) 數組排序

那 String 對象如何被比較的？數據結構

3、String 源碼中的算法

String 源碼中能夠看到 String JDK 1.0 就有了。那麼應該是 JDK 1.2 的時候，String 類實現了 Comparable 接口，而且傳入須要被比較的對象是 String。對象如圖：socket

String 是一個 final 類，沒法從 String 擴展新的類。從 114 行，能夠看出字符串的存儲結構是字符（Char）數組。先能夠看看一個字符串比較案例，代碼以下：


/** * 字符串比較案例 * * Created by bysocket on 19/5/10. */ public class StringComparisonDemo { public static void main(String[] args) { String foo = "ABC"; // 前面和後面每一個字符徹底同樣，返回 0 String bar01 = "ABC"; System.out.println(foo.compareTo(bar01)); // 前面每一個字符徹底同樣，返回：後面就是字符串長度差 String bar02 = "ABCD"; String bar03 = "ABCDE"; System.out.println(foo.compareTo(bar02)); // -1 (前面相等,foo 長度小 1) System.out.println(foo.compareTo(bar03)); // -2 (前面相等,foo 長度小 2) // 前面每一個字符不徹底同樣，返回：出現不同的字符 ASCII 差 String bar04 = "ABD"; String bar05 = "aABCD"; System.out.println(foo.compareTo(bar04)); // -1 (foo 的 'C' 字符 ASCII 碼值爲 67，bar04 的 'D' 字符 ASCII 碼值爲 68。返回 67 - 68 = -1) System.out.println(foo.compareTo(bar05)); // -32 (foo 的 'A' 字符 ASCII 碼值爲 65，bar04 的 'a' 字符 ASCII 碼值爲 97。返回 65 - 97 = -32) String bysocket01 = "泥瓦匠"; String bysocket02 = "瓦匠"; System.out.println(bysocket01.compareTo(bysocket02));// -2049 （泥 和 瓦的 Unicode 差值） } }

運行結果以下：

0 -1 -2 -1 -32 -2049

能夠看出， compareTo 方法是按字典順序比較兩個字符串。具體比較規則能夠看代碼註釋。比較規則以下：

字符串的每一個字符徹底同樣，返回 0
字符串前面部分的每一個字符徹底同樣，返回：後面就是兩個字符串長度差
字符串前面部分的每一個字符存在不同，返回：出現不同的字符 ASCII 碼的差值
- 中文比較返回對應的 Unicode 編碼值（Unicode 包含 ASCII）
- foo 的 ‘C’ 字符 ASCII 碼值爲 67
- bar04 的 ‘D’ 字符 ASCII 碼值爲 68。
- foo.compareTo(bar04)，返回 67 – 68 = -1
- 常見字符 ASCII 碼，如圖所示

再看看 String 的 compareTo 方法如何實現字典順序的。源碼如圖：

源碼解析以下：

第 1156 行：獲取當前字符串和另外一個字符串，長度較小的長度值 lim
第 1161 行：若是 lim 大於 0 （較小的字符串非空），則開始比較
第 1164 行：當前字符串和另外一個字符串，依次字符比較。若是不相等，則返回兩字符的 Unicode 編碼值的差值
第 1169 行：當前字符串和另外一個字符串，依次字符比較。若是均相等，則返回兩個字符串長度的差值

因此要排序，確定先有比較能力，即實現 Comparable 接口。而後實現此接口的對象列表（和數組）能夠經過 Collections.sort（和 Arrays.sort）進行排序。

還有 TreeSet 使用樹結構實現（紅黑樹），集合中的元素進行排序。其中排序就是實現 Comparable 此接口

另外，若是沒有實現 Comparable 接口，使用排序時，會拋出 java.lang.ClassCastException 異常。詳細看《Java 集合：3、HashSet，TreeSet 和 LinkedHashSet比較》https://www.bysocket.com/archives/195

4、小結

上面也說到，這種比較其實有必定的弊端：

默認 compareTo 不忽略字符大小寫。若是須要忽略，則從新自定義 compareTo 方法
沒法進行二維的比較決策。好比判斷 2 * 1 矩形和 3 * 3 矩形，哪一個更大？
好比有些類沒法實現該接口。一個 final 類，也沒法擴展新的類。其也有解決方案：函數對象（Function Object）

方法參數：定義一個沒有數據只有方法的類，並傳遞該類的實例。一個函數經過將其放在一個對象內部而被傳遞。這種對象一般叫作函數對象（Funtion Object）

在接口方法設計中， T execute(Callback callback) 參數中使用 callback 相似。好比在 Spring 源碼中，能夠看出不少設計是：聚合優先於繼承或者實現。這樣能夠減小不少繼承或者實現。相似 SpringJdbcTemplate 場景設計，能夠考慮到這種 Callback 設計實現。