Java Comparable 與 Comparator 徹底比較：內部排序 vs 外部策略

一、核心差異一覽

二、Comparable 實作範例

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;

    // 自然順序：按姓名字典序
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        return this.name.compareTo(o.name); // null 安全需自行處理
    }
}

// 使用
List list = Arrays.asList(new Person("Bob", 30), new Person("Alice", 25));
Collections.sort(list); // 按 name 排序

三、Comparator 多策略實作

1. 獨立類（Java 7 風格）

class AgeAscComparator implements Comparator {
    @Override public int compare(Person a, Person b) {
        return Integer.compare(a.getAge(), b.getAge());
    }
}
class AgeDescComparator implements Comparator {
    @Override public int compare(Person a, Person b) {
        return Integer.compare(b.getAge(), a.getAge());
    }
}

// 使用
Collections.sort(list, new AgeAscComparator());
Collections.sort(list, new AgeDescComparator());

2. Lambda 表達式（Java 8+ 推薦）

// 年齡升序
list.sort(Comparator.comparingInt(Person::getAge));
// 年齡降序
list.sort(Comparator.comparingInt(Person::getAge).reversed());
// 先按姓名，姓名相同再按年齡
list.sort(Comparator.comparing(Person::getName)
                    .thenComparingInt(Person::getAge));

3. 靜態導入工具方法

import static java.util.Comparator.*;

list.sort(comparing(Person::getName)
          .thenComparing(comparingInt(Person::getAge).reversed()));

四、進階技巧：null 安全與串聯

// null 排在最後
Comparator nullsLast = Comparator.nullsLast(comparing(Person::getName));
// 組合：先按部門，部門相同按薪資降序，薪資相同按姓名
list.sort(comparing(Person::getDept)
          .thenComparing(comparingDouble(Person::getSalary).reversed())
          .thenComparing(Person::getName));

五、TreeSet / TreeMap 的鍵排序

// 自然順序（Person 必須實作 Comparable）
Set treeSet = new TreeSet<>();

// 定製順序（無需 Person 實作 Comparable）
Set treeSet2 = new TreeSet<>(Comparator.comparingInt(Person::getAge));
Map treeMap = new TreeMap<>(Comparator.comparing(Person::getName));

六、效能與避坑指南

• compareTo/compare 返回 int，禁止用減法（a - b 可能溢位），改用 Integer.compare(a, b) 或 Long.compare。
• 實作 Comparable 類最好實作 equals 並保持一致：compareTo(x) == 0 ⇔ equals(x)。
• 大量排序優先用 list.sort(cmp)（原地排序），避免 stream().sorted() 額外開銷。
• 基本型別比較用 comparingInt/Long/Double 避免自動裝箱。