Java在不同版本中对算法进行更改已经不是稀罕事了，对于sort方法也不例外。

在Java1.7之前的快排只是普通的快排，跟我们今天要研究的快排不一样，性能也差了许多，但其中对快排所做的各种优化我们依然是可以学习的。

Java1.7的快排是一种双轴快排，顾名思义：双轴快排是基于两个轴来进行比较，跟普通的选择一个点来作为轴点的快排是有很大的区别的。算法是由Vladimir Yaroslavskiy在2009年研究出来的，并在2011年发布在了Java1.7。由于Arrays.sort对于数组的排序做了各种各样的优化，并且大多数优化和我们今天要研究的双轴排序无关，所以我们暂且略过，以后有时间研究Arrays源码的时候我们再进行分析。

既然这个算法比之前快排要快，那么肯定有它的巧妙之处，我们来仔细看看吧。

1.对于很小的数组（长度小于27），会使用插入排序。
2.选择两个点P1,P2作为轴心，比如我们可以使用第一个元素和最后一个元素。
3.P1必须比P2要小，否则将这两个元素交换，现在将整个数组分为四部分：
（1）第一部分：比P1小的元素。
（2）第二部分：比P1大但是比P2小的元素。
（3）第三部分：比P2大的元素。
（4）第四部分：尚未比较的部分。
在开始比较前，除了轴点，其余元素几乎都在第四部分，直到比较完之后第四部分没有元素。
4.从第四部分选出一个元素a[K]，与两个轴心比较，然后放到第一二三部分中的一个。
5.移动L，K，G指向。
6.重复 4 5 步，直到第四部分没有元素。
7.将P1与第一部分的最后一个元素交换。将P2与第三部分的第一个元素交换。
8.递归的将第一二三部分排序。

注：图片来自Vladimir Yaroslavskiy的论文。

//对外公开的两个sort方法
public static void sort(int[] a) {
    sort(a, 0, a.length);
}
public static void sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex) {
    rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);
    dualPivotQuicksort(a, fromIndex, toIndex - 1, 3);
}
//对数组的边界检测
private static void rangeCheck(int length, int fromIndex, int toIndex) {
    if (fromIndex > toIndex) {
        throw new IllegalArgumentException("fromIndex > toIndex");
    }
    if (fromIndex < 0) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(fromIndex);
    }
    if (toIndex > length) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(toIndex);
    }
}
//交换数组中两个元素
private static void swap(int[] a, int i, int j) {
    int temp = a[i];
    a[i] = a[j];
    a[j] = temp;
}
/**
 * 双轴快排的具体实现
 * @param a     待排序数组
 * @param left  数组需排序上界
 * @param right 数组需排序下界
 * @param div   理解为从何位置取轴
 */
private static void dualPivotQuicksort(int[] a, int left,int right, int div) {
    int len = right - left;
    //数组长度如果很小（27），则直接用插入排序对其排序
    if (len < 27) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            for (int j = i; j > left && a[j] < a[j - 1]; j--) {
                swap(a, j, j - 1);
            }
        }
        return;
    }
    //取到位于1/div和div-1/div位置的点，并用他们来做轴
    int third = len / div;
    int m1 = left + third;
    int m2 = right - third;
    if (m1 <= left) {
        m1 = left + 1;
    }
    if (m2 >= right) {
        m2 = right - 1;
    }
    //确保left是小的，right是大的
    if (a[m1] < a[m2]) {
        swap(a, m1, left);
        swap(a, m2, right);
    }
    else {
        swap(a, m1, right);
        swap(a, m2, left);
    }
    // 两个轴
    int pivot1 = a[left];
    int pivot2 = a[right];
    // 代表比p1小和比p2大的两个指针
    int less = left + 1;
    int great = right - 1;
    // 开始取出less到great之间的未知大小数据，与两个轴比较
    // 并且将数据放入正确的区域后调整各个指针
    for (int k = less; k <= great; k++) {
        //如果取出的数比p1小，那么直接到less左侧，并且less右移
        if (a[k] < pivot1) {
            swap(a, k, less++);
        } 
        //如果取出的数比p2大，那么首先确定great左侧没有比p2大的数
        //然后与great位置的数字交换，great左移
        //此时，great交换的数字肯定是比p2小或者相等的（首先确定过）
        //那么此时再与p1相比，处理这个数的区间
        else if (a[k] > pivot2) {
            while (k < great && a[great] > pivot2) {
                great--;
            }
            swap(a, k, great--);
            if (a[k] < pivot1) {
                swap(a, k, less++);
            }
        }
        //如果这个数比p1大但是比p2小，则不需要交换，只需将k指针右移
    }
    //将p1与less左侧的第一个数交换
    swap(a, less - 1, left);
    //将p2与great右侧的第一个数交换
    swap(a, great + 1, right);
    // 计算出在两轴大小之间的个数
    int dist = great - less;
    //如果这个数很小（13），那么取轴的点向两边偏
    if (dist < 13) {
        div++;
    }
    // 对三个子区间分别排序，因为less-1和great+1是轴，已经排好了序
    // 所以不需要比较
    dualPivotQuicksort(a, left, less - 2, div);
    dualPivotQuicksort(a, great + 2, right, div);
    // 如果在中间区间的数字很多，那么排除掉一些相等的元素再进行排序
    if (dist > len - 13 && pivot1 != pivot2) {
        for (int k = less; k <= great; k++) {
            if (a[k] == pivot1) {
                swap(a, k, less++);
            }
            else if (a[k] == pivot2) {
                swap(a, k, great--);
                if (a[k] == pivot1) {
                    swap(a, k, less++);
                }
            }
        }
    }
    // 对中间的区间排序
    if (pivot1 < pivot2) {
        dualPivotQuicksort(a, less, great, div);
    }
}

双轴排序利用了区间相邻的特性，对原本的快排进行了效率上的提高，很大程度上是利用了数学的一些特性，果然，算法跟数学还是息息相关的吖。