Java1.8-Comparator和Comparable的使用和源码解析

概述

Comparator和Comparable两者都属于集合框架的一部分，都是用来在对象之间进行比较的，但两者又有些许的不同，我们先通过一个例子来看一下他们的区别，然后再分别学习下它们的源码。

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());
    }
}

运行测试

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()));
}

output

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

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，并且实现compareTo方法。这样比较的时候就会按照这个规则来进行比较。

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());
    }
}

进行测试：

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，output：

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}

可以看到，我们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，同样也要实现它的一个方法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：

1、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());
    }
});
2、借助JDK1.8的lambda表达式，进一步优化为：
Collections.sort(list, (o1, o2) -> o1.getName().compareTo(o2.getName()));
3、借助JDK1.8中Comparator接口中的新的方法comparing，再次优化：
Collections.sort(list, Comparator.comparing(Student::getName));

区别

了解了他们的简单使用之后，我们可以来简单分析一下他们的区别了。
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；

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就比较简单了，只有一个compareTo方法。我们实现该方法的时候注意一下对象的NPE（NullPointerException）问题就可以了。

Comparator

Comparator除了默认的compare和equals接口之外，其他的基本都是默认实现方法。我们来看一下这些方法的实现。

reversed方法

返回逆序比较的比较器，这个就很简单，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()));

output ：

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}

如果有需要，我们可以借助这个方法构造更复杂的排序方式。该方法有多个重载的方法，并且有几个支持各种类型的方法如：

default <U> Comparator<T> thenComparing( Function<? super T, ? extends U> keyExtractor,
    Comparator<? super U> keyComparator)
default Comparator<T> thenComparingInt(ToIntFunction<? super T> keyExtractor) {
    return thenComparing(comparingInt(keyExtractor));
}

不过，底层调用的全是同样的方法：

default Comparator<T> thenComparing(Comparator<? super T> other) {
    Objects.requireNonNull(other);
    return (Comparator<T> & Serializable) (c1, c2) -> {
        int res = compare(c1, c2);
        return (res != 0) ? res : other.compare(c1, c2);
    };
}

reverseOrder和naturalOrder

naturalOrder是返回自然排序的比较器，reverseOrder恰好和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Comparable的代码，来测试一下，先看一下自然顺序，结果和原来一样：

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

output：

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());

output：

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方法

这两个方法有点意思，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。举个例子就可以了：

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，output：

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);

output：

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方法

comparing方法我们已经用过，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：

因为前些时候用到了布尔类型的排序，所以我们这次就拿Boolean类型的排序来进行测试。修改原先Student类，添加一个布尔类型字段likeGame，然后测试下：

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()));
}

output：

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，output：

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}

简单说下，Boolean类型的排序默认规则是false排在前面，而true排在后面，原因我们可以看下Boolean的compare方法。

public int compareTo(Boolean b) {
    return compare(this.value, b.value);
}

public static int compare(boolean x, boolean y) {
    return (x == y) ? 0 : (x ? 1 : -1);
}

comparing接口的源码可以简单看下，其中一个源码如下：

public static <T, U extends Comparable<? super U>> Comparator<T> comparing(
        Function<? super T, ? extends U> keyExtractor) {
    
    Objects.requireNonNull(keyExtractor);
    return (Comparator<T> & Serializable)
        (c1, c2) -> keyExtractor.apply(c1).compareTo(keyExtractor.apply(c2));
}

总结

Comparator和Comparable这两个接口，一般只要我们涉及到集合的排序，都少不了要与这两个接口打交道，而平时我们使用Comparator很显然会更多一些，所以本篇文章主要学习了下两者的使用，区别，并看了看源码，学习了JDK8之后Comparator增加的一些方法。

其实Comparator的方法不太多，总结一下就几种：

comparing获取比较器，thenComparing多条件比较器；

reverseOrder与naturalOrder用于Comparable向Comparator的转换；

nullsFirst和nullsLast用于处理排序字段为null的情况；

剩余的就是原先的compare和equals方法。

另外使用这两个接口的过程中，需要注意的点就是对null的检测，处理。

Java1.8-Comparator和Comparable的使用和源码解析

概述

区别

Comparable

Comparator

reversed方法

thenComparing

reverseOrder和naturalOrder

nullsFirst和nullsLast方法

comparing方法

总结

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