Java Arrays.sort() 排序完全指南：基本型別、對象陣列、自定義 Comparator 與算法原理

java.util.Arrays 提供高效排序工具，底層採用雙軸快速排序（基本型別）與歸併排序（對象），支援範圍排序、並行排序與自定義比較器。本文全面講解用法、原理與效能特徵。

1. 基本型別陣列排序

API 簽名

static void sort(int[] a)                    // 全量升序
static void sort(int[] a, int from, int to)  // 範圍排序 [from, to)

支援所有基本型別：byte, short, int, long, float, double, char。

範例：預設升序

int[] arr = {5, 2, -1, 8, 0};
Arrays.sort(arr); // [-1, 0, 2, 5, 8]

降序策略

基本型無直接降序 API，兩種方案：

1. 升序後反轉（原地，O(1) 空間）
2. 轉包裝類陣列用 Comparator（需額外空間）

// 方案一：升序 + 反轉
Arrays.sort(arr);
for (int i = 0, j = arr.length - 1; i < j; i++, j--) {
    int tmp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = tmp;
}

// 方案二：包裝類 + Comparator（JDK 8+）
Integer[] boxed = Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new);
Arrays.sort(boxed, Comparator.reverseOrder());

2. 對象陣列排序與 Comparator

API 簽名

static  void sort(T[] a, Comparator c)
static  void sort(T[] a, int from, int to, Comparator c)

實戰：多鍵值排序

class Point {
    int x, y;
    Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; }
}

Point[] points = {new Point(2,1), new Point(2,2), new Point(1,2), new Point(0,1)};

// x 升序，x 相同則 y 升序
Arrays.sort(points, (p1, p2) -> {
    if (p1.x != p2.x) return Integer.compare(p1.x, p2.x);
    return Integer.compare(p1.y, p2.y);
});
// 結果：(0,1) (1,2) (2,1) (2,2)

Comparator 靜態工廠方法（JDK 8+）

// 等價於上面 Lambda
Arrays.sort(points, 
    Comparator.comparingInt((Point p) -> p.x)
              .thenComparingInt(p -> p.y));

3. 算法原理與效能特徵

設計原因：基本型別無身份認同，不穩定可接受且快排更快；對象需穩定性保證相等元素相對順序，TimSort 利用已有序片段（runs）極適合真實數據。

4. 並行排序（JDK 8+）

Arrays.parallelSort(largeArray); // 自動分治多線程，大數據量顯著加速

• 閾值約 8192 元素以下退化為串行
• 適用於多核 CPU、大型陣列（>10萬元素）

5. 常見坑點避雷

1. 基本型別陣列不可用 Comparator：編譯錯誤，必須轉包裝類
2. Arrays.asList() 返回固定長度 List，不可 sort（支援 Collections.sort() 但底層陣列不可變）
3. null 元素處理：Comparator 需顯式處理 null，否則 NPE
4. 浮點數比較：用 Double.compare() 而非 d1 - d2（溢出/NaN 問題）