5亿整数的大文件,怎么排?

编程

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:

6196302

3557681

6121580

2039345

2095006

1746773

7934312

2016371

7123302

8790171

2966901

...

7005375

现在要对这个文件进行排序,怎么搞?

内部排序

先尝试内排,选2种排序方式:

3路快排:

private final int cutoff = 8;

public <T> void perform(Comparable<T>[] a) {

perform(a,0,a.length - 1);

}

private <T> int median3(Comparable<T>[] 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 <T> void perform(Comparable<T>[] 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

Comparable<T> pivot = 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);

}

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 <T> void perform(Comparable<T>[] a) {

Comparable<T>[] b = a.clone();

perform(b, a, 0, a.length - 1);

}

private <T> void perform(Comparable<T>[] src,Comparable<T>[] 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 <T> void merge(Comparable<T>[] src,Comparable<T>[] 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。

sort命令来跑

sort -n bigdata -o bigdata.sorted

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.

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?

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;

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:

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:

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.

less bigdata.sorted.text

...

9999966

9999967

9999968

9999969

9999970

9999971

9999972

9999973

9999974

9999975

9999976

9999977

9999978

...

以上是 5亿整数的大文件,怎么排? 的全部内容, 来源链接: utcz.com/z/513398.html

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