Sortarea în Java

1. Prezentare generală

Acest articol va ilustra cum să aplicați sortarea pentru matrice , listă , setare și hartă în Java 7 și Java 8.

2. Sortarea cu matrice

Să începem prin sortarea mai întâi a matricilor întregi folosind metoda Arrays.sort () .

Vom defini următoarele matrice int într-o metodă @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. Sortarea matricei complete

Să folosim acum API-ul simplu Array.sort () :

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

Matricea nesortată este acum complet sortată:

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

După cum sa menționat în JavaDoc oficial, Arrays.sort folosește Quicksort cu pivot dublu pe primitive . Oferă performanță O (n log (n)) și este de obicei mai rapidă decât implementările tradiționale (cu un singur pivot) Quicksort. Cu toate acestea, folosește o implementare stabilă, adaptativă, iterativă a algoritmului mergesort pentru Array of Objects.

2.2. Sortarea unei părți dintr-o matrice

Arrays.sort mai are încă un fel de API - pe care îl vom discuta aici:

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

Aceasta va sorta doar o porțiune a matricei, între cei doi indici.

Să aruncăm o privire la un exemplu rapid:

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

Sortarea se va face numai pe următoarele elemente sub-matrice ( toIndex ar fi exclusiv):

[255, 7, 88, 200]

Sub-matricea rezultată sortată inclusiv cu matricea principală ar fi:

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

2.3. Java 8 Arrays.sort vs Arrays.parallelSort

Java 8 vine cu un nou API - parallelSort - cu o semnătură similară cu API-ul Arrays.sort () :

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

În spatele scenei parallelSort (), rupe matricea în diferite sub-tablouri (conform granularității în algoritmul parallelSort ). Fiecare sub-matrice este sortată cu Arrays.sort () în fire diferite, astfel încât sortarea să poată fi executată în mod paralel și să fie îmbinate în cele din urmă ca o matrice sortată.

Rețineți că pool-ul comun ForJoin este utilizat pentru executarea acestor sarcini paralele și apoi fuzionarea rezultatelor.

Rezultatul Arrays.parallelSort va fi același cu Array.sort , desigur, este doar o chestiune de a utiliza mai multe fire.

În cele din urmă, există variante similare de API Arrays.sort și în Arrays.parallelSort :

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

3. Sortarea unei liste

Să folosim acum API-ul Collections.sort () în java.utils.Collections - pentru a sorta o listă de numere întregi:

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

Lista înainte de sortare va conține următoarele elemente:

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

Și, în mod natural, după sortare:

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

Așa cum s-a menționat în Oracle JavaDoc for Collections.Sort , folosește un mergesort modificat și oferă performanțe n log (n) garantate .

4. Sortarea unui set

În continuare, să folosim Collections.sort () pentru a sorta un LinkedHashSet .

Folosim LinkedHashSet deoarece menține ordinea de inserare.

Observați cum, pentru a utiliza API-ul de sortare în colecții - învelim mai întâi setul într-o listă :

@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 () inversează ordonarea impusă de ordonarea naturală.

5. Sortarea Hărții

În această secțiune, vom începe să analizăm sortarea unei Hărți - atât după chei, cât și după valori.

Să definim mai întâi harta pe care o vom sorta:

@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. Sortarea hărții după taste

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.

De asemenea, am văzut o scurtă introducere despre modul în care caracteristicile Java 8 ar putea fi utile în sortare, cum ar fi utilizarea Lambdas, compararea () și apoiComparing () și parallelSort () .

Toate exemplele utilizate în articol sunt disponibile pe GitHub.