OpenJDK 源代码阅读之 Arrays

来源:互联网 发布:诚殷网络web渗透培训 编辑:程序博客网 时间:2024/05/25 01:36

概要

  • 类继承关系
java.lang.Objectjava.util.Arrays
  • 定义
public class Arraysextends Object
  • 要点

此类主要是提供了一些操作数组的方法,比如排序啊,搜索啊。也提供一个工厂,用于将数组当成一个 List

实现

  • quick sort
public static void sort(int[] a) {    DualPivotQuicksort.sort(a);}

sort 使用了 util 中的另一个类中的方法,DualPivotQuicksort.sort ,比一般的快排要快。时间复杂度 O(n log(n))

这里并没有使用泛型,而是针对具体类型,调用 sort,例如:

public static void sort(float[] a) {    DualPivotQuicksort.sort(a);}

DualPivotQuicksort 的实现细节会在以后具体讲述这个类的源代码时讲。现在只讲这个类中的内容。

  • merge sort
private static void mergeSort(Object[] src,                              Object[] dest,                              int low, int high, int off,                              Comparator c) {    int length = high - low;    // Insertion sort on smallest arrays    if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {        for (int i=low; i<high; i++)            for (int j=i; j>low && c.compare(dest[j-1], dest[j])>0; j--)                swap(dest, j, j-1);        return;    }    // Recursively sort halves of dest into src    int destLow  = low;    int destHigh = high;    low  += off;    high += off;    int mid = (low + high) >>> 1;    mergeSort(dest, src, low, mid, -off, c);    mergeSort(dest, src, mid, high, -off, c);    // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an    // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.    if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {       System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);       return;    }    // Merge sorted halves (now in src) into dest    for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {        if (q >= high || p < mid && c.compare(src[p], src[q]) <= 0)            dest[i] = src[p++];        else            dest[i] = src[q++];    }}

当数组元素个数少时,用插入排序,插入排序的原理是,在一个已经排序的列表中插入一个元素,使得插入后,列表仍然是排序的。具体到代码,每一次,内层循环开始前,[low,i-1] 的所有元素是已经排序的,内层循环执行后,[low, i] 的所有元素是已经排序的。i最终会等于 high-1,所有最后一层内层循环后,[low, high-1]中所有元素都是已经排序的。

合并排序 merge sort 的原理是,通过递归,先使得前一半元素,和后一半元素使用合并排序排好,然后将他们合并,合并后,整个列表是有序的。合并时,两部分元素上面各有一个指针指向当前元素,每次将两个指针指向的元素进行比较,并选择其中一个,复制到目标数组,然后将其指针前移。如此循环。

注意代码中有一个优化,如果两半元素排序后,前一半的最大元素小于后一半的最小元素,那么不用比较,直接合并。

不过这个函数已经要废弃了,现在用的是 sort ,即使用快排。

  • TimSort
public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {    if (LegacyMergeSort.userRequested)        legacyMergeSort(a, c);    else        TimSort.sort(a, c);}

对提供了 Comparator 的排序调用,这里使用了 TimSort,根据注释中的解释,这是采用 Tim Peters 在 Python 的 list 中的排序,原始论文参见:Peter McIlroy's "Optimistic Sorting and Information Theoretic Complexity", in Proceedings of the Fourth Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms, pp 467-474, January 1993。这个算法对已经大致排好序的列表,花费的时间比 O(n log(n)) 少很多,对随机的数据,退化为 merge sort

  • binarySearch
// Like public version, but without range checks.private static int binarySearch0(long[] a, int fromIndex, int toIndex,                                 long key) {    int low = fromIndex;    int high = toIndex - 1;    while (low <= high) {        int mid = (low + high) >>> 1;        long midVal = a[mid];        if (midVal < key)            low = mid + 1;        else if (midVal > key)            high = mid - 1;        else            return mid; // key found    }    return -(low + 1);  // key not found.}

对已经排序的元素,可以使用二分搜索,一次可以排除一半元素,复杂度 O(log(n))

可以注意到,这也是针对具体类型编写的。如果使用泛型,那么需要告诉算法如何比较元素。这样,基本类型就需要使用对应的类来表示,而对数组而言,基本类型无法自动转化成对应的类。真是。。。哎。。。。Java 为什么要保留基本类型呢?

  • equals
public static boolean equals(long[] a, long[] a2) {    if (a==a2)        return true;    if (a==null || a2==null)        return false;    int length = a.length;    if (a2.length != length)        return false;    for (int i=0; i<length; i++)        if (a[i] != a2[i])            return false;    return true;}

遍历比较,毫无疑问,又是每种类型,一个函数。保留基本类型真是正确的选择吗?

  • fill
public static void fill(long[] a, long val) {    for (int i = 0, len = a.length; i < len; i++)        a[i] = val;}

使用一个元素,去填充数组的所有元素。

  • copyOf
    public static short[] copyOf(short[] original, int newLength) {        short[] copy = new short[newLength];        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,                         Math.min(original.length, newLength));        return copy;    }

使用 System.arraycopy 复制,方便,省心,不自己循环!

  • asList
public static <T> List<T> asList(T... a) {    return new ArrayList<>(a);}

就是直接生成一个 ArrayList,只不过这个 ArrayList 是 Arrays 中的私有类。

  • ArrayList
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>    implements RandomAccess, java.io.Serializable{    private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;    private final E[] a;    ArrayList(E[] array) {        if (array==null)            throw new NullPointerException();        a = array;    }    public int size() {        return a.length;    }    public Object[] toArray() {        return a.clone();    }    public <T> T[] toArray(T[] a) {        int size = size();        if (a.length < size)            return Arrays.copyOf(this.a, size,                                 (Class<? extends T[]>) a.getClass());        System.arraycopy(this.a, 0, a, 0, size);        if (a.length > size)            a[size] = null;        return a;    }    public E get(int index) {        return a[index];    }    public E set(int index, E element) {        E oldValue = a[index];        a[index] = element;        return oldValue;    }    public int indexOf(Object o) {        if (o==null) {            for (int i=0; i<a.length; i++)                if (a[i]==null)                    return i;        } else {            for (int i=0; i<a.length; i++)                if (o.equals(a[i]))                    return i;        }        return -1;    }    public boolean contains(Object o) {        return indexOf(o) != -1;    }}

因为之前分析过 ArrayList ,这个是个针对数组的简单版本,就不具体分析了。

  • hashCode
public static int hashCode(long a[]) {    if (a == null)        return 0;    int result = 1;    for (long element : a) {        int elementHash = (int)(element ^ (element >>> 32));        result = 31 * result + elementHash;    }    return result;}

又看到了常见的 hashcode 模式:

result = 31 * result + elementHash;

不过那个 element ^ (element >>> 32) 是嘛意思,注意这里的 element 是 long 类型,64位,这里是将高 32 位与低 32 位作了 ^ 运算,再转型成 int 。这是因为 hashCode 是 32 位的。再看看 int 数组的 hashCode 就正常多了。

public static int hashCode(int a[]) {    if (a == null)        return 0;    int result = 1;    for (int element : a)        result = 31 * result + element;    return result;}

另外, boolean 类型的数组猜一猜 hashCode 如何确定?

public static int hashCode(boolean a[]) {    if (a == null)        return 0;    int result = 1;    for (boolean element : a)        result = 31 * result + (element ? 1231 : 1237);    return result;}

这是将 true 和 false 变成了两个数字,12311237。为什么要换成这两个数字呢?还不太清楚,不过总的原因就是减少碰撞,看来有必要研究一下哈希函数的设计了。

  • deepXXX

先看看 deepHashCode:

public static int deepHashCode(Object a[]) {    if (a == null)        return 0;    int result = 1;    for (Object element : a) {        int elementHash = 0;        if (element instanceof Object[])            elementHash = deepHashCode((Object[]) element);        else if (element instanceof byte[])            elementHash = hashCode((byte[]) element);        else if (element instanceof short[])            elementHash = hashCode((short[]) element);        else if (element instanceof int[])            elementHash = hashCode((int[]) element);        else if (element instanceof long[])            elementHash = hashCode((long[]) element);        else if (element instanceof char[])            elementHash = hashCode((char[]) element);        else if (element instanceof float[])            elementHash = hashCode((float[]) element);        else if (element instanceof double[])            elementHash = hashCode((double[]) element);        else if (element instanceof boolean[])            elementHash = hashCode((boolean[]) element);        else if (element != null)            elementHash = element.hashCode();        result = 31 * result + elementHash;    }    return result;}

这是需要根据 Object 数组中的每一个的具体类型,来决定当前元素的哈希值。

同理,可以看看 deepEquals:

public static boolean deepEquals(Object[] a1, Object[] a2) {    if (a1 == a2)        return true;    if (a1 == null || a2==null)        return false;    int length = a1.length;    if (a2.length != length)        return false;    for (int i = 0; i < length; i++) {        Object e1 = a1[i];        Object e2 = a2[i];        if (e1 == e2)            continue;        if (e1 == null)            return false;        // Figure out whether the two elements are equal        boolean eq = deepEquals0(e1, e2);        if (!eq)            return false;    }    return true;}static boolean deepEquals0(Object e1, Object e2) {    assert e1 != null;    boolean eq;    if (e1 instanceof Object[] && e2 instanceof Object[])        eq = deepEquals ((Object[]) e1, (Object[]) e2);    else if (e1 instanceof byte[] && e2 instanceof byte[])        eq = equals((byte[]) e1, (byte[]) e2);    else if (e1 instanceof short[] && e2 instanceof short[])        eq = equals((short[]) e1, (short[]) e2);    else if (e1 instanceof int[] && e2 instanceof int[])        eq = equals((int[]) e1, (int[]) e2);    else if (e1 instanceof long[] && e2 instanceof long[])        eq = equals((long[]) e1, (long[]) e2);    else if (e1 instanceof char[] && e2 instanceof char[])        eq = equals((char[]) e1, (char[]) e2);    else if (e1 instanceof float[] && e2 instanceof float[])        eq = equals((float[]) e1, (float[]) e2);    else if (e1 instanceof double[] && e2 instanceof double[])        eq = equals((double[]) e1, (double[]) e2);    else if (e1 instanceof boolean[] && e2 instanceof boolean[])        eq = equals((boolean[]) e1, (boolean[]) e2);    else        eq = e1.equals(e2);    return eq;}

同样需要根据类型来比较每个元素是否相等。

  • toString
public static String toString(long[] a) {    if (a == null)        return "null";    int iMax = a.length - 1;    if (iMax == -1)        return "[]";    StringBuilder b = new StringBuilder();    b.append('[');    for (int i = 0; ; i++) {        b.append(a[i]);        if (i == iMax)            return b.append(']').toString();        b.append(", ");    }}

同样,每个基本类型都有相应的函数,使用 StringBuilder,具体如何将 long 转化成 String ,由 StringBuilder 来确定。

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