Java数组排序完全手册：原理、代码示例与最佳实践

在Java编程中，数组排序是最基础也是最重要的操作之一。无论是算法题解答、数据处理还是性能优化场景，掌握各种数组排序方法都至关重要。本文将全面介绍Java中数组排序的各种实现方式，包括内置方法、经典算法实现以及性能优化技巧。

一、Java内置数组排序方法

Java标准库提供了强大且易用的数组排序工具，主要位于java.util.Arrays类中。

1. Arrays.sort()基础用法

int[] numbers = {5, 3, 9, 1, 6};
Arrays.sort(numbers);
System.out.println(Arrays.toString(numbers));
// 输出：[1, 3, 5, 6, 9]

对于对象数组，可以实现Comparable接口或提供Comparator：

String[] fruits = {"Orange", "Apple", "Banana"};
Arrays.sort(fruits);
// 使用自定义比较器
Arrays.sort(fruits, (a, b) -> a.length() - b.length());

2. 并行排序Arrays.parallelSort()

Java 8引入了并行排序算法，对于大数据量(>1万元素)有明显优势：

int[] largeArray = new int[100000];
// 填充数组...
Arrays.parallelSort(largeArray);

二、经典排序算法Java实现

虽然内置方法很方便，但理解底层算法对开发者至关重要。

1. 快速排序实现

public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi-1);
        quickSort(arr, pi+1, high);
    }
}

private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j=low; j<high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            swap(arr, i, j);
        }
    }
    swap(arr, i+1, high);
    return i+1;
}

2. 归并排序实现

public static void mergeSort(int[] arr, int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = l + (r-l)/2;
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m+1, r);
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

private static void merge(int[] arr, int l, int m, int r) {
    // 合并逻辑实现
}

三、性能对比与优化策略

我们对不同排序方法进行了基准测试(10万随机整数)：

优化建议：

1. 小数组(长度<47)使用插入排序
2. 避免在热点代码中频繁创建Comparator
3. 对于已部分排序的数据，考虑TimSort的优势
4. 内存紧张时注意排序算法的空间复杂度

四、特殊场景排序技巧

1. 多维数组排序

int[][] matrix = {{3,4}, {1,2}, {5,6}};
Arrays.sort(matrix, (a, b) -> a[0] - b[0]);

2. 中文字符串排序

String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
Arrays.sort(names, Collator.getInstance(Locale.CHINA));

五、Java 8+新特性应用

利用Stream API实现声明式排序：

int[] sorted = Arrays.stream(arr)
                    .sorted()
                    .toArray();