Java 集合框架系列十：JDK 1.8 Comparable 和 Comparator 详解

深藏阁楼爱情的钟 2022-12-05 01:37 316阅读 0赞

Comparator 和 Comparable 两者都属于集合框架的一部分，都是在 JDK 1.2 时提供的用来在对象之间进行比较的接口，但两者又有些许的不同。

先来看一下 Comparable 的例子，定义实体类 Student，实现 Comparable，重写 compareTo 方法：

public class Student implements Comparable<Student> { 
        private String name;
        private Integer age;
        private Integer score;
    
        public Student(String name, Integer age, Integer score) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.score = score;
        }
        @Override
        public int compareTo(Student o) { 
            return this.getName().compareTo(o.getName());
        }
    }

测试：

public static void main(String[] args) { 
        Student student1 = new Student("zhangsan", 1, 80);
        Student student2 = new Student("lisi", 3, 90);
        Student student3 = new Student("wangwu", 2, 100);
        List<Student> list = new ArrayList<>();
        list.add(student1);
        list.add(student2);
        list.add(student3);
        Collections.sort(list);
        list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));
    }
    // Student{name='lisi', age=3, score=90}
    // Student{name='wangwu', age=2, score=100}
    // Student{name='zhangsan', age=1, score=80}

从上面的例子我们大致了解了 Comparable 接口的使用，也就是说同一个类的对象之间如果要进行比较，需要实现 Comparable 接口，并且重写 compareTo 方法，这样比较的时候就会按照这个规则来进行比较并按照比较结果排序。

再来看一下 Comparator 的例子，定义实体类 Student，

public class Student { 
        private String name;
        private Integer age;
        private Integer score;
    
        public Student(String name, Integer age, Integer score) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.score = score;
        }
    }

自定义比较器：

class AgeComparator implements Comparator<Student> { 
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) { 
            if (o1.getAge() > o2.getAge()) { 
                return 1;
            } else if (o1.getAge() < o2.getAge()) { 
                return -1;
            } else { 
                return 0;
            }
        }
    }
    
    class NameComparator implements Comparator<Student> { 
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) { 
            return o1.getName().compareTo(o2.getName());
        }
    }

测试：

public static void main(String[] args) { 
        Student student1 = new Student("zhangsan", 1, 80);
        Student student2 = new Student("lisi", 3, 90);
        Student student3 = new Student("wangwu", 2, 100);
        List<Student> list = new ArrayList<>();
        list.add(student1);
        list.add(student2);
        list.add(student3);
        // 这时候如果直接 Collections.sort(list) 会由于Student没有默认的自然排序，编译不过。
        Collections.sort(list, new AgeComparator());
        list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));
        System.out.println("\n-------------------");
        Collections.sort(list, new NameComparator());
        list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));
    }

先按照 AgeComparator 比较规则进行比较，再按照 NameComparator 比较器进行比较

Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='lisi', age=3, score=90}
    -------------------
    Student{ name='lisi', age=3, score=90}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}

简单使用了两个类后，发现如果要对实体类的对象进行比较，在不修改原实体类的情况下，可以通过实现多个 Comparator 来实现多个比较规则。通过Comparator 我们可以自定义比较规则，针对对象的属性或者字段等来进行比较，而 Comparable 就实现不了，因为它的 compareTo 方法只能有一种比较规则。实现 Comparator 同样也要重写它的方法 compare。由于一般情况下我们实现的 Comparator 只有一个 compare 方法，所以我们可以对实现类进行一些优化：

*  使用匿名类来代替单独的实现类，比如我们可以将 `Collections.sort(list, new NameComparator());`替换为：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() { 
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) { 
            return o1.getName().compareTo(o2.getName());
        }
    });

*  借助 JDK 8 的 lambda 表达式，进一步优化：

Collections.sort(list, (o1, o2) -> o1.getName().compareTo(o2.getName()));

*  借助 JDK 8 中 Comparator 接口提供的新方法 comparing 再次优化：

Collections.sort(list, Comparator.comparing(Student::getName));

了解了他们的简单使用之后，我们可以来简单分析一下 Comparator 和 Comparable 的区别了。

*  相同点
    
     *  两者都是用来用作对象之间的比较，都可以自定义比较规则；
     *  两者都是返回一个描述对象之间关系的 int 值；
 *  不同点
    
     *  实现了 Comparable 的意思是`我可以把自己和另一个对象进行比较`；而实现了 Comparator 的意思是`我可以比较其他两个对象`；也就是说 Comparable 是一个可比较的对象可以将自己与另一个对象进行比较；而 Comparator 是比较两个不同的对象。
     *  使用 Comparable 需要修改原先的实体类，是属于一种自然排序。而 Comparator 则不用修改原先类。
     *  即使修改了 Comparable 实体类，Comparable 也仅有一种比较规则。而 Comparator 可以实现多个，来提供多个比较规则。

下面来看一下各自的源码，由于都是接口，我们主要看下 JDK1.8 之后的默认实现方法。

### Comparable ###

Comparable 比较简单，只有一个 compareTo 方法。我们重写该方法的时候注意一下对象的 NullPointerException 问题就可以了。

/** * * @see java.util.Comparator * @since 1.2 */
    public interface Comparable<T> { 
        /** * 将此对象与 order 的指定对象进行比较。当此对象小于、等于或大于指定对象时，返回负整数、零或正整数。 */
        public int compareTo(T o);
    }

### Comparator ###

Comparator 除了默认的 compare 和 equals 接口之外，其他的基本都是 JDK 1.8 提供的默认方法。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1dZQTE5OTM_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
接下来大致介绍一下这些方法

#### reversed ####

返回逆序比较的比较器，底层直接使用 Collections 的 reverseOrder 来实现。

default Comparator<T> reversed() { 
        return Collections.reverseOrder(this);
    }

#### thenComparing ####

这个方法是多条件排序的方法，当我们排序的条件不止一个的时候可以使用该方法。比如说我们对 Student 先按照 age 字段排序，再按照 score 排序，就可以使用 thenComparing 方法：

Student student1 = new Student("zhangsan", 1, 80);
    Student student2 = new Student("lisi", 3, 90);
    Student student3 = new Student("wangwu", 2, 100);
    Student student4 = new Student("tom", 3, 75);
    List<Student> list = new ArrayList<>();
    list.add(student1);
    list.add(student2);
    list.add(student3);
    list.add(student4);
    Collections.sort(list, Comparator.comparing(Student::getAge).thenComparing(Student::getScore));
    list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));

输出：

Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='tom', age=3, score=75}
    Student{ name='lisi', age=3, score=90}

#### reverseOrder 和 naturalOrder ####

naturalOrder 是返回自然排序的比较器，reverseOrder 和 naturalOrder 相反，两者都是用于返回实现了 Comparable 接口的对象的比较器。我们借助刚才 Comparator 和 Comparable 两者进行比较时的 Comparator 的代码，先看一下自然顺序：

Collections.sort(list, Comparator.naturalOrder());

输出，结果和原来一样：

Student{ name='lisi', age=3, score=90}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}

再看一下逆序：

Collections.sort(list, Comparator.reverseOrder());

输出：

Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='lisi', age=3, score=90}

这两个方法说白了就是将 Comparable 的方式转换为 Comparator，因为 Comparable 的功能有限，不方便我们基于 Comparable 进行扩展。底层实现分别借助于工具类 Collections 及 Comparators 来实现。Comparators 是专门用于支持 Comparator 的内部类。

public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> reverseOrder() { 
        return Collections.reverseOrder();
    }
    
    public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> naturalOrder() { 
        return (Comparator<T>) Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE;
    }

#### nullsFirst 和 nullsLast ####

这两个方法是说如果排序的字段为 null 的情况下这条记录怎么排序。nullsFirst 是说将这条记录排在最前面，而 nullsLast 是说将这条记录排序在最后面。

public static void main(String[] args) { 
        Student student1 = new Student("zhangsan", 1, 80);
        Student student2 = new Student("lisi", null, 90);
        Student student3 = new Student("wangwu", 2, 100);
        List<Student> list = new ArrayList<>();
        list.add(student1);
        list.add(student2);
        list.add(student3);
        Comparator<Student> comparator = Comparator.comparing(Student::getAge, 
                Comparator.nullsLast(Comparator.reverseOrder()));
        Collections.sort(list, comparator);
        list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));
    }

按照 age 进行逆序排列，将 key 为 null 的排到最后面

Student{ name='wangwu', age=2, score=100}
    Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}
    Student{ name='lisi', age=null, score=90}

按照 age 进行自然顺序排列，将 key 为 null 的排再最前面

Comparator<Student> comparator = Comparator.comparing(Student::getAge,
                Comparator.nullsFirst(Comparator.naturalOrder()));
    Collections.sort(list, comparator);

输出：

Student{ name='lisi', age=null, score=90}
    Student{ name='zhangsan', age=1, score=80}
    Student{ name='wangwu', age=2, score=100}

如果多个 key 都为 null 的话，那将无法保证这几个对象的排序。源码很简单，直接通过 Comparators 内部类实现的。

public static <T> Comparator<T> nullsFirst(Comparator<? super T> comparator) { 
        return new Comparators.NullComparator<>(true, comparator);
    }
    
    public static <T> Comparator<T> nullsLast(Comparator<? super T> comparator) { 
        return new Comparators.NullComparator<>(false, comparator);
    }

#### comparing ####

comparing 方法就是获取对象的比较器也就是比较规则，有几个重载方法及对应类型的方法，第一个参数接受的是函数式表达式。我们使用例子来看下，修改原先 Student 类，添加一个布尔类型字段 likeGame，然后测试

public static void main(String[] args) { 
        List<Student> list = Arrays.asList(
                new Student("zhangsan", 1, 80, true),
                new Student("wangwu", 3, 100, false),
                new Student("zisi", 4, 110, true),
                new Student("zisi", 2, 110, true)
        );
        Collections.sort(list, Comparator.comparing(Student::getLikeGame).thenComparing(Student::getAge));
        list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));
    }

输出：

Student{ name='wangwu', age=3, score=100, likeGame=false}
    Student{ name='zhangsan', age=1, score=80, likeGame=true}
    Student{ name='zisi', age=2, score=110, likeGame=true}
    Student{ name='zisi', age=4, score=110, likeGame=true}

这就实现了按照 Student 对象的 likeGame 进行自然排序，同样，两个参数的接口，第二个参数可以指定具体的比较规则：

Collections.sort(list, Comparator.comparing(Student::getLikeGame, Comparator.reverseOrder())
        .thenComparing(Student::getAge));
    list.stream().forEach(n -> System.out.println(n.toString()));

这就实现了按照逆序对 likeGame 进行排序，输出：

Student{ name='zhangsan', age=1, score=80, likeGame=true}
    Student{ name='zisi', age=2, score=110, likeGame=true}
    Student{ name='zisi', age=4, score=110, likeGame=true}
    Student{ name='wangwu', age=3, score=100, likeGame=false}

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