Java学习笔记（4）集合相关的问题

Collection和Collections的区别

特性	Collection	Collections
类型	接口	工具类
功能	定义了集合的基本操作，表示集合对象	提供了静态方法，操作集合或生成集合对象
包位置	java.lang	java.util
继承关系	是集合框架的顶级接口	无继承，是个工具类
常用用途	创造集合｜用于对集合进行操作（例如排序
调用方式	通过实现实例化后调用	直接调用静态方法

Collections排序内部原理

Java1.2～Java6

• 算法：

  • 使用合并排序（MergeSort）

• 特点：

  • 稳定排序：相等的元素在排序后相对位置不会改变
  • 时间复杂度：
    • 最佳情况：O(n log n)
    • 平均情况：O(n log n)
    • 最差情况：O(n log n)
  • 空间复杂度：O(n)，需要额外的临时数组存储数据

• 实现：

  • Collections.sort 内部调用 Arrays.sort，使用归并排序对列表进行排序。

Java 7

• 算法：

  • 使用了一种称为 TimSort 的算法（自 Java 7 开始）

• 特点

  • 稳定排序
  • 基于归并排序和插入排序的优化组合
  • 时间复杂度：
    • 最佳情况：O(n)（几乎有序的输入）
    • 平均情况：O(n log n)
    • 最差情况：O(n log n)
  • 空间复杂度：O(n)，比原来的归并排序更节省空间
  • 对几乎有序的数据具有更高的性能

• 实现

  • Collections.sort 调用 Arrays.sort，Arrays.sort 内部切换为 TimSort 实现。

  • TimSort 的工作原理：

    1. 将数组分成若干个 run（子数组）。
    2. 通过插入排序对每个 run 排序。
    3. 将相邻的 run 合并，使用归并排序的方式优化合并。

Java 8

• 算法：

  • Collections.sort 调用 List.sort，并使用 TimSort 算法。

• 特点：

  • 稳定排序，和 Java 7 一致。
  • 优化点：
    • 引入了 Lambda 表达式的支持。
    • 可以直接通过 List.sort 指定排序规则。

• 实现变更：

  • Collections.sort 的实现改为：

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort (List<T> list) {
    list.sort(null);
}

Java 9 及以上

• 算法：

  • 默认仍然是 TimSort，与 Java 8 相同。

• 特点：

  • 提升了部分场景的性能，尤其是较小规模数据的排序。
  • 更推荐直接使用 List.sort 方法。

• 改进方向：

  • List.sort 提供了更现代化的 API，可以直接接受比较器，功能与 Collections.sort 一致，但更具可读性。
  • 举例：

List<String> list = Arrays.asList("Banana", "Apple", "Cherry");
list.sort(String::compareTo); // 推荐使用 List.sort