Sortowanie w Javie

1. Przegląd

Ten artykuł ilustruje, jak zastosować sortowanie do tablicy , listy , zestawu i mapy w Javie 7 i Java 8.

2. Sortowanie z tablicą

Zacznijmy od sortowania tablic całkowitych najpierw przy użyciu metody Arrays.sort () .

Zdefiniujemy następujące tablice int w metodzie @Before jUnit:

@Before public void initVariables () { toSort = new int[] { 5, 1, 89, 255, 7, 88, 200, 123, 66 }; sortedInts = new int[] {1, 5, 7, 66, 88, 89, 123, 200, 255}; sortedRangeInts = new int[] {5, 1, 89, 7, 88, 200, 255, 123, 66}; ... }

2.1. Sortowanie całej tablicy

Użyjmy teraz prostego interfejsu API Array.sort () :

@Test public void givenIntArray_whenUsingSort_thenSortedArray() { Arrays.sort(toSort); assertTrue(Arrays.equals(toSort, sortedInts)); }

Niesortowana tablica jest teraz w pełni posortowana:

[1, 5, 7, 66, 88, 89, 123, 200, 255]

Jak wspomniano w oficjalnym JavaDoc, Arrays.sort używa podwójnego przestawnego szybkiego sortowania na prymitywach . Oferuje wydajność O (n log (n)) i jest zwykle szybszy niż tradycyjne (jednoobrotowe) implementacje Quicksort. Jednak używa stabilnej, adaptacyjnej, iteracyjnej implementacji algorytmu scalania dla tablicy obiektów.

2.2. Sortowanie części tablicy

Arrays.sort ma jeszcze jedno API sortowania - które omówimy tutaj:

Arrays.sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex)

Spowoduje to posortowanie tylko części tablicy między dwoma indeksami.

Spójrzmy na szybki przykład:

@Test public void givenIntArray_whenUsingRangeSort_thenRangeSortedArray() { Arrays.sort(toSort, 3, 7); assertTrue(Arrays.equals(toSort, sortedRangeInts)); }

Sortowanie zostanie przeprowadzone tylko na następujących elementach pod-tablicy ( toIndex będzie wykluczające):

[255, 7, 88, 200]

Wynikowa posortowana podtablica zawierająca tablicę główną to:

[5, 1, 89, 7, 88, 200, 255, 123, 66]

2.3. Java 8 Arrays.sort vs Arrays.parallelSort

Java 8 jest dostarczana z nowym interfejsem API - parallelSort - z podobną sygnaturą do interfejsu API Arrays.sort () :

@Test public void givenIntArray_whenUsingParallelSort_thenArraySorted() { Arrays.parallelSort(toSort); assertTrue(Arrays.equals(toSort, sortedInts)); }

Za kulisami parallelSort () dzieli tablicę na różne pod-tablice (zgodnie z ziarnistością w algorytmie parallelSort ). Każda podtablica jest sortowana za pomocą Arrays.sort () w różnych wątkach, dzięki czemu sortowanie może być wykonywane równolegle i ostatecznie scalane jako posortowana tablica.

Należy zauważyć, że wspólna pula ForJoin jest używana do wykonywania tych równoległych zadań, a następnie scalania wyników.

Wynik Arrays.parallelSort będzie taki sam jak Array.sort, oczywiście, to tylko kwestia wykorzystania wielowątkowości.

Wreszcie istnieją podobne warianty API Arrays.sort w Arrays.parallelSort :

Arrays.parallelSort (int [] a, int fromIndex, int toIndex);

3. Sortowanie listy

Użyjmy teraz API Collections.sort () w java.utils.Collections - aby posortować listę liczb całkowitych:

@Test public void givenList_whenUsingSort_thenSortedList() { List toSortList = Ints.asList(toSort); Collections.sort(toSortList); assertTrue(Arrays.equals(toSortList.toArray(), ArrayUtils.toObject(sortedInts))); }

Lista przed sortowaniem będzie zawierać następujące elementy:

[5, 1, 89, 255, 7, 88, 200, 123, 66]

I oczywiście po sortowaniu:

[1, 5, 7, 66, 88, 89, 123, 200, 255]

Jak wspomniano w Oracle JavaDoc for Collections.Sort , używa zmodyfikowanego scalania i oferuje gwarantowaną wydajność n log (n) .

4. Sortowanie zestawu

Następnie użyjmy Collections.sort (), aby posortować LinkedHashSet .

Używamy LinkedHashSet, ponieważ obsługuje on kolejność reklamową.

Zwróć uwagę, jak, aby użyć sortowania API w kolekcjach - najpierw pakujemy zestaw w listę :

@Test public void givenSet_whenUsingSort_thenSortedSet() { Set integersSet = new LinkedHashSet(Ints.asList(toSort)); Set descSortedIntegersSet = new LinkedHashSet( Arrays.asList(new Integer[] {255, 200, 123, 89, 88, 66, 7, 5, 1})); List list = new ArrayList(integersSet); Collections.sort(Comparator.reverseOrder()); integersSet = new LinkedHashSet(list); assertTrue(Arrays.equals( integersSet.toArray(), descSortedIntegersSet.toArray())); }

Metoda Comparator.reverseOrder () odwraca porządek narzucony przez porządek naturalny.

5. Sortowanie mapy

W tej sekcji zaczniemy przyglądać się sortowaniu mapy - zarówno według kluczy, jak i według wartości.

Najpierw zdefiniujmy mapę, którą będziemy sortować:

@Before public void initVariables () { .... HashMap map = new HashMap(); map.put(55, "John"); map.put(22, "Apple"); map.put(66, "Earl"); map.put(77, "Pearl"); map.put(12, "George"); map.put(6, "Rocky"); .... }

5.1. Sortowanie mapy według kluczy

We'll now extract keys and values entries from the HashMap and sort it based on the values of the keys in this example:

@Test public void givenMap_whenSortingByKeys_thenSortedMap() { Integer[] sortedKeys = new Integer[] { 6, 12, 22, 55, 66, 77 }; List
    
      entries = new ArrayList(map.entrySet()); Collections.sort(entries, new Comparator
     
      () { @Override public int compare( Entry o1, Entry o2) { return o1.getKey().compareTo(o2.getKey()); } }); Map sortedMap = new LinkedHashMap(); for (Map.Entry entry : entries) { sortedMap.put(entry.getKey(), entry.getValue()); } assertTrue(Arrays.equals(sortedMap.keySet().toArray(), sortedKeys)); }
     
    

Note how we used the LinkedHashMap while copying the sorted Entries based on keys (because HashSet doesn't guarantee the order of keys).

The Map before sorting :

[Key: 66 , Value: Earl] [Key: 22 , Value: Apple] [Key: 6 , Value: Rocky] [Key: 55 , Value: John] [Key: 12 , Value: George] [Key: 77 , Value: Pearl]

The Map after sorting by keys:

[Key: 6 , Value: Rocky] [Key: 12 , Value: George] [Key: 22 , Value: Apple] [Key: 55 , Value: John] [Key: 66 , Value: Earl] [Key: 77 , Value: Pearl] 

5.2. Sorting Map by Values

Here we will be comparing values of HashMap entries for sorting based on values of HashMap:

@Test public void givenMap_whenSortingByValues_thenSortedMap() { String[] sortedValues = new String[] { "Apple", "Earl", "George", "John", "Pearl", "Rocky" }; List
    
      entries = new ArrayList(map.entrySet()); Collections.sort(entries, new Comparator
     
      () { @Override public int compare( Entry o1, Entry o2) { return o1.getValue().compareTo(o2.getValue()); } }); Map sortedMap = new LinkedHashMap(); for (Map.Entry entry : entries) { sortedMap.put(entry.getKey(), entry.getValue()); } assertTrue(Arrays.equals(sortedMap.values().toArray(), sortedValues)); }
     
    

The Map before sorting:

[Key: 66 , Value: Earl] [Key: 22 , Value: Apple] [Key: 6 , Value: Rocky] [Key: 55 , Value: John] [Key: 12 , Value: George] [Key: 77 , Value: Pearl]

The Map after sorting by values:

[Key: 22 , Value: Apple] [Key: 66 , Value: Earl] [Key: 12 , Value: George] [Key: 55 , Value: John] [Key: 77 , Value: Pearl] [Key: 6 , Value: Rocky]

6. Sorting Custom Objects

Let's now work with a custom object:

public class Employee implements Comparable { private String name; private int age; private double salary; public Employee(String name, int age, double salary) { ... } // standard getters, setters and toString }

We'll be using the following Employee Array for sorting example in the following sections:

@Before public void initVariables () { .... employees = new Employee[] { new Employee("John", 23, 5000), new Employee("Steve", 26, 6000), new Employee("Frank", 33, 7000), new Employee("Earl", 43, 10000), new Employee("Jessica", 23, 4000), new Employee("Pearl", 33, 6000)}; employeesSorted = new Employee[] { new Employee("Earl", 43, 10000), new Employee("Frank", 33, 70000), new Employee("Jessica", 23, 4000), new Employee("John", 23, 5000), new Employee("Pearl", 33, 4000), new Employee("Steve", 26, 6000)}; employeesSortedByAge = new Employee[] { new Employee("John", 23, 5000), new Employee("Jessica", 23, 4000), new Employee("Steve", 26, 6000), new Employee("Frank", 33, 70000), new Employee("Pearl", 33, 4000), new Employee("Earl", 43, 10000)}; }

We can sort arrays or collections of custom objects either:

  1. in the natural order (Using the Comparable Interface) or
  2. in the order provided by a ComparatorInterface

6.1. Using Comparable

The natural order in java means an order in which primitive or Object should be orderly sorted in a given array or collection.

Both java.util.Arrays and java.util.Collections have a sort() method, and It's highly recommended that natural orders should be consistent with the semantics of equals.

In this example, we will consider employees with the same name as equal:

@Test public void givenEmpArray_SortEmpArray_thenSortedArrayinNaturalOrder() { Arrays.sort(employees); assertTrue(Arrays.equals(employees, employeesSorted)); }

You can define the natural order for elements by implementing a Comparable interface which has compareTo() method for comparing current object and object passed as an argument.

To understand this clearly, let's see an example Employee class which implements Comparable Interface:

public class Employee implements Comparable { ... @Override public boolean equals(Object obj) { return ((Employee) obj).getName().equals(getName()); } @Override public int compareTo(Object o) { Employee e = (Employee) o; return getName().compareTo(e.getName()); } }

Generally, the logic for comparison will be written the method compareTo. Here we are comparing the employee order or name of the employee field. Two employees will be equal if they have the same name.

Now when Arrays.sort(employees); is called in the above code, we now know what is the logic and order which goes in sorting the employees as per the age :

[("Earl", 43, 10000),("Frank", 33, 70000), ("Jessica", 23, 4000), ("John", 23, 5000),("Pearl", 33, 4000), ("Steve", 26, 6000)]

We can see the array is sorted by name of the employee – which now becomes a natural order for Employee Class.

6.2. Using Comparator

Now, let's sort the elements using a Comparator interface implementation – where we pass the anonymous inner class on-the-fly to the Arrays.sort() API:

@Test public void givenIntegerArray_whenUsingSort_thenSortedArray() { Integer [] integers = ArrayUtils.toObject(toSort); Arrays.sort(integers, new Comparator() { @Override public int compare(Integer a, Integer b) { return Integer.compare(a, b); } }); assertTrue(Arrays.equals(integers, ArrayUtils.toObject(sortedInts))); }

Now lets sort employees based on salary – and pass in another comparator implementation:

Arrays.sort(employees, new Comparator() { @Override public int compare(Employee o1, Employee o2) { return Double.compare(o1.getSalary(), o2.getSalary()); } });

The sorted Employees arrays based on salary will be:

[(Jessica,23,4000.0), (John,23,5000.0), (Pearl,33,6000.0), (Steve,26,6000.0), (Frank,33,7000.0), (Earl,43,10000.0)] 

Note that we can use Collections.sort() in a similar fashion to sort List and Set of Objects in Natural or Custom order as described above for Arrays.

7. Sorting With Lambdas

Start with Java 8, we can use Lambdas to implement the Comparator Functional Interface.

You can have a look at the Lambdas in Java 8 writeup to brush up on the syntax.

Let's replace the old comparator:

Comparator c = new Comparator() { @Override public int compare(Integer a, Integer b) { return Integer.compare(a, b); } }

With the equivalent implementation, using Lambda expression:

Comparator c = (a, b) -> Integer.compare(a, b);

Finally, let's write the test:

@Test public void givenArray_whenUsingSortWithLambdas_thenSortedArray() { Integer [] integersToSort = ArrayUtils.toObject(toSort); Arrays.sort(integersToSort, (a, b) -> { return Integer.compare(a, b); }); assertTrue(Arrays.equals(integersToSort, ArrayUtils.toObject(sortedInts))); }

As you can see, a much cleaner and more concise logic here.

8. Using Comparator.comparing and Comparator.thenComparing

Java 8 comes with two new APIs useful for sorting – comparing() and thenComparing() in the Comparator interface.

These are quite handy for the chaining of multiple conditions of the Comparator.

Let's consider a scenario where we may want to compare Employee by age and then by name:

@Test public void givenArrayObjects_whenUsingComparing_thenSortedArrayObjects() { List employeesList = Arrays.asList(employees); employees.sort(Comparator.comparing(Employee::getAge)); assertTrue(Arrays.toString(employees.toArray()) .equals(sortedArrayString)); }

In this example, Employee::getAge is the sorting key for Comparator interface implementing a functional interface with compare function.

Here's the array of Employees after sorting:

[(John,23,5000.0), (Jessica,23,4000.0), (Steve,26,6000.0), (Frank,33,7000.0), (Pearl,33,6000.0), (Earl,43,10000.0)]

Here the employees are sorted based on age.

We can see John and Jessica are of same age – which means that the order logic should now take their names into account- which we can achieve with thenComparing():

... employees.sort(Comparator.comparing(Employee::getAge) .thenComparing(Employee::getName)); ... 

After sorting with above code snippet, the elements in employee array would be sorted as:

[(Jessica,23,4000.0), (John,23,5000.0), (Steve,26,6000.0), (Frank,33,7000.0), (Pearl,33,6000.0), (Earl,43,10000.0) ]

Thus comparing() and thenComparing() definitely make more complex sorting scenarios a lot cleaner to implement.

9. Conclusion

In this article, we saw how we can apply sorting to Array, List, Set, and Map.

Widzieliśmy również krótkie wprowadzenie o tym, jak funkcje Java 8 mogą być przydatne w sortowaniu, takim jak użycie Lambd, porównywanie (), a następnieComparing () i parallelSort () .

Wszystkie przykłady użyte w artykule są dostępne na GitHub.