Java集合元素怎么自定义排序？List、Set排序方法有哪些？

Java集合中的元素排序方法

在Java开发中,集合（Collection）是最常用的数据结构之一，而对集合中的元素进行排序是常见的需求，Java提供了多种排序方式，包括自然排序、自定义排序以及基于Comparator接口的排序，适用于不同的场景，本文将详细介绍这些排序方法的实现原理、使用场景及代码示例，帮助开发者灵活应对排序需求。

自然排序：实现Comparable接口

自然排序是指集合元素按照其内在的“自然顺序”进行排列，例如数字的大小、字母的字典序等，要实现自然排序，元素类必须实现java.lang.Comparable接口，并重写compareTo()方法，该方法定义了元素之间的比较规则：返回负数表示当前对象小于参数对象，返回零表示相等，返回正数表示大于。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
class Student implements Comparable<Student> {
    private String name;
    private int age;
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Student other) {
        return this.age - other.age; // 按年龄升序排序
    }
    @Override
    public String toString() {
        return name + ": " + age;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Student> students = new ArrayList<>();
        students.add(new Student("Alice", 20));
        students.add(new Student("Bob", 18));
        students.add(new Student("Charlie", 22));
        Collections.sort(students); // 调用自然排序
        System.out.println(students); // 输出: [Bob: 18, Alice: 20, Charlie: 22]
    }
}

适用场景：当元素的排序规则固定且唯一时，例如数字、字符串等基础类型，或业务逻辑中明确规定了比较方式。

自定义排序：使用Comparator接口

如果元素的排序规则不固定,或者需要多种排序方式，可以使用java.util.Comparator接口，Comparator是一个独立的比较器，可以在不修改元素类的情况下定义多种排序逻辑。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
class Product {
    private String name;
    private double price;
    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return name + ": $" + price;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Product> products = new ArrayList<>();
        products.add(new Product("Laptop", 999.99));
        products.add(new Product("Phone", 699.99));
        products.add(new Product("Tablet", 399.99));
        // 按价格升序排序
        Collections.sort(products, Comparator.comparingDouble(Product::getPrice));
        System.out.println("按价格升序: " + products);
        // 按名称降序排序
        Collections.sort(products, Comparator.comparing(Product::getName).reversed());
        System.out.println("按名称降序: " + products);
    }
}

适用场景：需要动态调整排序规则，或对第三方类进行排序（无法修改源码时），Comparator还支持链式调用，例如先按价格排序，再按名称排序。

Java 8+的Stream排序

Java 8引入的Stream API提供了更简洁的排序方式，通过sorted()方法，可以直接对流中的元素进行排序，支持自然排序和自定义排序。

示例代码：

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Charlie", "Alice", "Bob");
        // 自然排序（升序）
        List<String> sortedNames = names.stream()
                .sorted()
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println("自然排序: " + sortedNames); // [Alice, Bob, Charlie]
        // 自定义排序（降序）
        List<String> reverseSortedNames = names.stream()
                .sorted(Comparator.reverseOrder())
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println("降序排序: " + reverseSortedNames); // [Charlie, Bob, Alice]
    }
}

优点：代码更简洁，支持函数式编程，适合处理复杂的数据流操作。

排序性能与注意事项

1. 时间复杂度：Collections.sort()和List.sort()使用TimSort算法，时间复杂度为O(n log n)，适合大多数场景。
2. 稳定性：Java的排序算法是稳定的，即相等的元素在排序后保持原有顺序。
3. 不可变集合：如果集合是不可变的（如Arrays.asList()返回的列表），需要先转换为可变列表再排序。
4. 空值处理：Comparator可以处理空值，例如Comparator.nullsFirst()和Comparator.nullsLast()。

Java集合排序提供了灵活多样的解决方案：自然排序（Comparable）适用于固定规则，自定义排序（Comparator）适用于动态需求，而Stream排序则简化了代码编写，开发者应根据实际场景选择合适的方法，同时注意性能和稳定性问题，掌握这些排序技巧，能显著提升代码的可读性和效率。