不一样的排序算法【并行排序】

xiaoxiao2021-02-28  33

对于排序算法相信大家都不陌生,大部分排序的程序都是串行的排序算法,比如冒泡排序,插入排序,选择排序,堆排序等等,但是随着计算机的发展,现在的计算机都是多核的处理器,串行排序无法高效的利用CPU,为了更加有效的利用CPU,我们在这里介绍一下在并行世界中的排序算法。

一、奇偶交换排序

在介绍并行排序之前,我们有必要介绍一下奇偶排序,为了将串行排序算法改为并行排序,使用奇偶排序可以更加方便的修改程序为并行排序。

1.什么是奇偶交换排序? 奇偶排序分为两个阶段,奇交换和偶交换。奇交换就是将比较数组奇数索引以及与其相邻的之后的元素,偶交换就是比较数组偶数索引和其相邻的后续元素,并且,奇交换和偶交换总是成对出现,这样才能保证涉及到数组中的每一个元素。

这里我们举一个例子,图解一下奇偶交换排序,假如这里我们对5,45,6,3,4 这五个数进行排序,下面我们来看看它具体是怎么进行奇偶交换的。(图画的有点丑哈_) 通过上面的图解我们可以很清除的明白奇偶交换排序的原理。下面我们来写一下串行的奇偶交换排序的代码:

package cn.just.thread.concurrent; /** * 奇偶排序 * @author Shinelon * */ public class OddEventSort { public static void sort(int[] arr){ int exchange=1,start=0,temp; //exchange记录当前循环是否进行了数据交换 while(exchange==1||start==1){ //start==1保证奇偶排序成对出现 exchange=0; //没有发生交换 for(int i=start;i<arr.length-1;i+=2){ //刚开始进行偶排序 if(arr[i]>arr[i+1]){ temp=arr[i]; arr[i]=arr[i+1]; arr[i+1]=temp; exchange=1; } } if(start==0) start=1; else start=0; } } public static void main(String[] args) { int[] a={12,25,45,78,69,45,58,26,78,49,12,2,23,5,89,45,78,58,20,19}; sort(a); for(int i=0;i<a.length;i++){ System.out.println(a[i]); } } }

二、并行排序 下面我们开始今天的正题,现在我们就开始将上面的串行的排序方式修改为并行排序,此时我们已经很清楚的认识了奇偶交换排序,【它总是和奇索引或者偶索引对应的数据之后的数进行比较并且交换,这样就不会出现一个数既可以和它之前的数进行交换,也可以和它之后的数进行交换,从而在并行的模式下多个线程之间不会相互干扰,这是使用奇偶交换排序来进行并行排序的关键所在。】 那么我们将怎么去分配线程的数量呢?并行的过程是怎么样的呢?我们还是以上面的数据为例进行讲解,在第一次偶交换的时候我们可以开启两个线程来分别交换5,45和6,3。同理,我们在接下来的奇交换时也开启两个线程来比较交换45,3和6,4。这样两个线程之间没有任务干扰,也不互相依赖,这样我们就正确的进行了并行排序。对于每次交换开启的线程数,我们可以通过以下方式来计算得到:

threadNumber=arr.length/2-(arr.length%2==0?start:0);

下面我们来写出完整的并行排序的程序:

package cn.just.thread.concurrent; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; /** * 并行排序 * @author Shinelon * */ public class CurrOddEventSort { public static int exchange=1; public static int[] arr={12,25,45,78,69,45,58,26,78,49,12,2,23,5,89,45,78,58,20,19}; public static int getExchange() { return exchange; } public static synchronized void setExchange(int exchange) { CurrOddEventSort.exchange = exchange; } public static class OddEventSortTask implements Runnable{ int i; CountDownLatch latch; public OddEventSortTask(int i, CountDownLatch latch) { super(); this.i = i; this.latch = latch; } public void sort(int[] arr){ int temp; if(arr[i]>arr[i+1]){ temp=arr[i]; arr[i]=arr[i+1]; arr[i+1]=temp; setExchange(1); } latch.countDown(); } @Override public void run() { sort(arr); } } public static void OddEventSort(int[] arr) throws InterruptedException { ExecutorService pool=Executors.newCachedThreadPool(); int start=0; while(getExchange()==1||start==1){ setExchange(0); //偶数的数组长度,当start为1时,只有length/2-1个线程 CountDownLatch l=new CountDownLatch(arr.length/2-(arr.length%2==0?start:0)); for(int i=start;i<arr.length-1;i+=2) pool.submit(new OddEventSortTask(i, l)); //等待所有线程结束 l.await(); if(start==1) start=0; else start=1; } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { OddEventSort(arr); for(int i=0;i<arr.length;i++){ System.out.println(arr[i]); } } }

上面的代码不是很难读懂,有的人可能不了解CountDownLatch ,这里我们简单介绍一下CountDownLatch ,它是多线程控制的一个工具类,是一个倒计时器,构造函数 new CountDownLatch(int number)中的参数number是开启的计时器数目,CountDownLatch.await()方法要求主线程等待所有线程池中所有任务都执行完。CountDownLatch.countDown()是当一个任务执行完后数目减去1。


这里我们已经介绍完并行排序,在数据少的时候也许体现不出并行排序的优势,所以我们会选择串行排序,但是现在是大数据时代,当数据剧增时,并行排序就很有优势,效率很高,现在有很多大数据框架就是并行计算来处理海量数据的,感兴趣的小伙伴可以自己去了解,我们就介绍到这里(其实是比较菜,说不清楚,O(∩_∩)O哈哈~)。

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