Почему эта программа использует команду Collections.sort только для списков размером 32 или более?

Следующая программа выдает следующее исключение:

java.lang.IllegalArgumentException: Comparison method violates its general contract!

Я понимаю проблему с Comparator. См. Невозможно реплицировать: "Метод сравнения нарушает его общий контракт!"

Я не понимаю, почему он только терпит неудачу для List размером 32 или более. Может кто-нибудь объяснить?

class Experiment {

    private static final class MyInteger {
        private final Integer num;

        MyInteger(Integer num) {
            this.num = num;
        }
    }

    private static final Comparator<MyInteger> COMPARATOR = (r1, r2) -> {
        if (r1.num == null || r2.num == null)
            return 0;
        return Integer.compare(r1.num, r2.num);
    };

    public static void main(String[] args) {
        MyInteger[] array = {new MyInteger(0), new MyInteger(1), new MyInteger(null)};
        Random random = new Random();
        for (int length = 0;; length++) {
            for (int attempt = 0; attempt < 100000; attempt++) {
                List<MyInteger> list = new ArrayList<>();
                int[] arr = new int[length];
                for (int k = 0; k < length; k++) {
                    int rand = random.nextInt(3);
                    arr[k] = rand;
                    list.add(array[rand]);
                }
                try {
                    Collections.sort(list, COMPARATOR);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(arr.length + " " + Arrays.toString(arr));
                    return;
                }
            }
        }
    }
}

Ответы

Ответ 1

Это зависит от реализации, но в openjdk 8 размер массива проверяется с помощью MIN_MERGE, который равен 32. Это позволяет избежать вызов mergeLo/mergeHi, который генерирует исключение.

Из JDK/jdk/openjdk/7u40-b43 8-b132 7-b147 - 8-b132 /java.util.TimSort:

static <T> void sort(T[] a, int lo, int hi, Comparator<? super T> c,
                     T[] work, int workBase, int workLen) {
    assert c != null && a != null && lo >= 0 && lo <= hi && hi <= a.length;

    int nRemaining  = hi - lo;
    if (nRemaining < 2)
        return;  // Arrays of size 0 and 1 are always sorted

    // If array is small, do a "mini-TimSort" with no merges
    if (nRemaining < MIN_MERGE) {
        int initRunLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi, c);
        binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen, c);
        return;
    }

    /**
     * March over the array once, left to right, finding natural runs,
     * extending short natural runs to minRun elements, and merging runs
     * to maintain stack invariant.
     */
    TimSort<T> ts = new TimSort<>(a, c, work, workBase, workLen);
    int minRun = minRunLength(nRemaining);
    do {
        // Identify next run
        int runLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi, c);

        // If run is short, extend to min(minRun, nRemaining)
        if (runLen < minRun) {
            int force = nRemaining <= minRun ? nRemaining : minRun;
            binarySort(a, lo, lo + force, lo + runLen, c);
            runLen = force;
        }

        // Push run onto pending-run stack, and maybe merge
        ts.pushRun(lo, runLen);
        ts.mergeCollapse();

        // Advance to find next run
        lo += runLen;
        nRemaining -= runLen;
    } while (nRemaining != 0);

    // Merge all remaining runs to complete sort
    assert lo == hi;
    ts.mergeForceCollapse();
    assert ts.stackSize == 1;
}

Ответ 2

Java 8 использует TimSort алгоритм для сортировки ввода. В TimSort существует фаза слияния, которая происходит, когда длина не менее 32. Если длина меньше 32, то используется простой алгоритм сортировки, который, вероятно, не обнаруживает нарушение контракта. Пусть комментарии исходного кода TimSort.java говорят сами за себя:

class TimSort<T> {
    /**
     * This is the minimum sized sequence that will be merged.  Shorter
     * sequences will be lengthened by calling binarySort.  If the entire
     * array is less than this length, no merges will be performed.
     *
     * This constant should be a power of two.  It was 64 in Tim Peter C
     * implementation, but 32 was empirically determined to work better in
     * this implementation.  In the unlikely event that you set this constant
     * to be a number that not a power of two, you'll need to change the
     * {@link #minRunLength} computation.
     *
     * If you decrease this constant, you must change the stackLen
     * computation in the TimSort constructor, or you risk an
     * ArrayOutOfBounds exception.  See listsort.txt for a discussion
     * of the minimum stack length required as a function of the length
     * of the array being sorted and the minimum merge sequence length.
     */
    private static final int MIN_MERGE = 32;