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一、问题

给你1个文件bigdata,大小4663M,5亿个数,文件中的数据随机,如下一行一个整数:

img

现在要对这个文件进行排序,怎么搞?

二、内部排序

先尝试内排,选2种排序方式:

private final int cutoff = 8;

public void perform(Comparable[] a) {
perform(a,0,a.length - 1);
}

private int median3(Comparable[] a,int x,int y,int z) {
if(lessThan(a[x],a[y])) {
if(lessThan(a[y],a[z])) {
return y;
}
else if(lessThan(a[x],a[z])) {
return z;
}else {
return x;
}
}else {
if(lessThan(a[z],a[y])){
return y;
}else if(lessThan(a[z],a[x])) {
return z;
}else {
return x;
}
}
}

private void perform(Comparable[] a,int low,int high) {
int n = high - low + 1;
//当序列非常小,用插入排序
if(n <= cutoff) {
InsertionSort insertionSort = SortFactory.createInsertionSort();
insertionSort.perform(a,low,high);
//当序列中小时,使用median3
}else if(n <= 100) {
int m = median3(a,low,low + (n >>> 1),high);
exchange(a,m,low);
//当序列比较大时,使用ninther
}else {
int gap = n >>> 3;
int m = low + (n >>> 1);
int m1 = median3(a,low,low + gap,low + (gap << 1));
int m2 = median3(a,m - gap,m,m + gap);
int m3 = median3(a,high - (gap << 1),high - gap,high);
int ninther = median3(a,m1,m2,m3);
exchange(a,ninther,low);
}
if(high <= low)
return;
//lessThan
int lt = low;
//greaterThan
int gt = high;
//中心点
Comparablepivot = a[low];
int i = low + 1;
/*
* 不变式:
* a[low..lt-1] 小于pivot -> 前部(first)
* a[lt..i-1] 等于 pivot -> 中部(middle)
* a[gt+1..n-1] 大于 pivot -> 后部(final)
*
* a[i..gt] 待考察区域
*/
while (i <= gt) {
if(lessThan(a[i],pivot)) {
//i-> ,lt ->
exchange(a,lt++,i++);
}else if(lessThan(pivot,a[i])) {
exchange(a,i,gt--);
}else{
i++;
}
}
// a[low..lt-1] < v = a[lt..gt] < a[gt+1..high].
perform(a,low,lt - 1);
perform(a,gt + 1,high);
}

三、归并排序:

/**
* 小于等于这个值的时候,交给插入排序
*/
private final int cutoff = 8;
/**
* 对给定的元素序列进行排序
*
* @param a 给定元素序列
*/
@Override
public void perform(Comparable[] a) {
Comparable[] b = a.clone();
perform(b, a, 0, a.length - 1);
}

private void perform(Comparable[] src,Comparable[] dest,int low,int high) {
if(low >= high)
return;
//小于等于cutoff的时候,交给插入排序
if(high - low <= cutoff) {
SortFactory.createInsertionSort().perform(dest,low,high);
return;
}
int mid = low + ((high - low) >>> 1);
perform(dest,src,low,mid);
perform(dest,src,mid + 1,high);
//考虑局部有序 src[mid] <= src[mid+1]
if(lessThanOrEqual(src[mid],src[mid+1])) {
System.arraycopy(src,low,dest,low,high - low + 1);
}
//src[low .. mid] + src[mid+1 .. high] -> dest[low .. high]
merge(src,dest,low,mid,high);
}

private void merge(Comparable[] src,Comparable[] dest,int low,int mid,int high) {
for(int i = low,v = low,w = mid + 1; i <= high; i++) {
if(w > high || v <= mid && lessThanOrEqual(src[v],src[w])) {
dest[i] = src[v++];
}else {
dest[i] = src[w++];
}
}
}

数据太多,递归太深 ->栈溢出?加大Xss?数据太多,数组太长 -> OOM?加大Xmx?

耐心不足,没跑出来.而且要将这么大的文件读入内存,在堆中维护这么大个数据量,还有内排中不断的拷贝,对栈和堆都是很大的压力,不具备通用性。

四、sort命令来跑

跑了多久呢?24分钟.

为什么这么慢?

粗略的看下我们的资源:

内存 jvm-heap/stack,native-heap/stack,page-cache,block-buffer 外存 swap + 磁盘 数据量很大,函数调用很多,系统调用很多,内核/用户缓冲区拷贝很多,脏页回写很多,io-wait很高,io很繁忙,堆栈数据不断交换至swap,线程切换很多,每个环节的锁也很多.

总之,内存吃紧,问磁盘要空间,脏数据持久化过多导致cache频繁失效,引发大量回写,回写线程高,导致cpu大量时间用于上下文切换,一切,都很糟糕,所以24分钟不细看了,无法忍受.

五、位图法

private BitSet bits;

public void perform(
String largeFileName,
int total,
String destLargeFileName,
Castor<Integer> castor,
int readerBufferSize,
int writerBufferSize,
boolean asc) throws IOException {
System.out.println("BitmapSort Started.");
long start = System.currentTimeMillis();
bits = new BitSet(total);
InputPart<Integer> largeIn = PartFactory.createCharBufferedInputPart(largeFileName, readerBufferSize);
OutputPart<Integer> largeOut = PartFactory.createCharBufferedOutputPart(destLargeFileName, writerBufferSize);
largeOut.delete();
Integer data;
int off = 0;
try {
while (true) {
data = largeIn.read();
if (data == null)
break;
int v = data;
set(v);
off++;
}
largeIn.close();
int size = bits.size();
System.out.println(String.format("lines : %d ,bits : %d", off, size));
if(asc) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (get(i)) {
largeOut.write(i);
}
}
}else {
for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {
if (get(i)) {
largeOut.write(i);
}
}
}
largeOut.close();
long stop = System.currentTimeMillis();
long elapsed = stop - start;
System.out.println(String.format("BitmapSort Completed.elapsed : %dms",elapsed));
}finally {
largeIn.close();
largeOut.close();
}
}

private void set(int i) {
bits.set(i);
}

private boolean get(int v) {
return bits.get(v);
}

nice!跑了190秒,3分来钟. 以核心内存4663M/32大小的空间跑出这么个结果,而且大量时间在用于I/O,不错.

问题是,如果这个时候突然内存条坏了1、2根,或者只有极少的内存空间怎么搞?

六、外部排序

该外部排序上场了. 外部排序干嘛的?

内存极少的情况下,利用分治策略,利用外存保存中间结果,再用多路归并来排序;

map-reduce的嫡系.

img

img

1.分

内存中维护一个极小的核心缓冲区memBuffer,将大文件bigdata按行读入,搜集到memBuffer满或者大文件读完时,对memBuffer中的数据调用内排进行排序,排序后将有序结果写入磁盘文件bigdata.xxx.part.sorted. 循环利用memBuffer直到大文件处理完毕,得到n个有序的磁盘文件:

img

2.合

现在有了n个有序的小文件,怎么合并成1个有序的大文件?把所有小文件读入内存,然后内排?(⊙o⊙)… no!

利用如下原理进行归并排序:

img

我们举个简单的例子:

文件1:3,6,9 文件2:2,4,8 文件3:1,5,7

第一回合:文件1的最小值:3 , 排在文件1的第1行 文件2的最小值:2,排在文件2的第1行 文件3的最小值:1,排在文件3的第1行 那么,这3个文件中的最小值是:min(1,2,3) = 1 也就是说,最终大文件的当前最小值,是文件1、2、3的当前最小值的最小值,绕么?上面拿出了最小值1,写入大文件.

第二回合:文件1的最小值:3 , 排在文件1的第1行 文件2的最小值:2,排在文件2的第1行 文件3的最小值:5,排在文件3的第2行 那么,这3个文件中的最小值是:min(5,2,3) = 2 将2写入大文件.

也就是说,最小值属于哪个文件,那么就从哪个文件当中取下一行数据.(因为小文件内部有序,下一行数据代表了它当前的最小值)

最终的时间,跑了771秒,13分钟左右.

img

文章目录
  1. 1. 一、问题
  2. 2. 二、内部排序
  3. 3. 三、归并排序:
  4. 4. 四、sort命令来跑
  5. 5. 五、位图法
  6. 6. 六、外部排序
    1. 6.1. 1.分
    2. 6.2. 2.合