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转:多路归并排序(远远大于内存的数据进行外排序)

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http://hi.baidu.com/qq350884961/blog/item/8eeafd4583308d89b2b7dc2c.html


对远远大于内存的数据进行外排序,在多路比较的时候用败者树效率会更高。

这个算法可以在建立倒排索引的时候使用

package my.sort;  

import java.io.BufferedInputStream;  
import java.io.BufferedOutputStream;  
import java.io.BufferedWriter;  
import java.io.DataInputStream;  
import java.io.DataOutputStream;  
import java.io.File;  
import java.io.FileInputStream;  
import java.io.FileNotFoundException;  
import java.io.FileOutputStream;  
import java.io.FileWriter;  
import java.io.IOException;  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.Arrays;  
import java.util.Iterator;  
import java.util.Random;  

/**
* 基于大数据量的外排序算法,分为二路归并和多路归并
* @author java2king
* @link http://hi.baidu.com/qq350884961
*/
public class ExternalSort {  

    public static int ITEM_COUNT = 10000000; //总数   

    public static int BUFFER_SIZE = 1024*4*1000;// 一次缓冲读取  
      
    public static int FILE_COUNT = 1024*1000*1*4;// 每个文件的记录数1  
      
    public static File MAIN_FILE = new File("mainset");//要排序的文件  

    /**
     * 二路归并
     * @param file
     * @return
     * @throws IOException
     */
    public File sort(File file) throws IOException {  
        ArrayList<File> files = split(file);  
        return process(files);  
    }  
    /**
     * 多路归并
     * @param file
     * @throws IOException
     */
    public void mSort(File file) throws IOException{  
        ArrayList<File> files = split(file);  
        multipleMerge(files);  
          
    }  

    // recursive method to merge the lists until we are left with a  
    // single merged list  
    private File process(ArrayList<File> list) throws IOException {  
        if (list.size() == 1) {  
            return list.get(0);  
        }  
        ArrayList<File> inter = new ArrayList<File>();  
        for (Iterator<File> itr = list.iterator(); itr.hasNext();) {  
            File one = itr.next();  
            if (itr.hasNext()) {  
                File two = itr.next();  
                inter.add(merge(one, two));  
            } else {  
              // return one;  
                inter.add(one);  
            }  
        }  
        return process(inter);  
    }  
    /**
     * Splits the original file into a number of sub files.  
     */
    private ArrayList<File> split(File file) throws IOException {  
        ArrayList<File> files = new ArrayList<File>();  
        int[] buffer = new int[FILE_COUNT];  
        FileInputStream fr = new FileInputStream(file);  
        BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(fr,BUFFER_SIZE);  
        DataInputStream din=new DataInputStream(bin);    
        boolean fileComplete = false;  
          
        while (!fileComplete) {  
            int index = buffer.length;  
            for (int i = 0; i < buffer.length && !fileComplete; i++) {  
                try {  
                     buffer[i] = din.readInt();  
                } catch (Exception e) {  
                    fileComplete = true;  
                    index = i;  
                }  
            }  
            if (index != 0 && buffer[0] > -1) {  
                Arrays.sort(buffer, 0, index);  
                File f = new File("set" + new Random().nextInt());  
         //       File temp = File.createTempFile("josp", ".tmp", f);     
                FileOutputStream writer = new FileOutputStream(f);  
                BufferedOutputStream bOutputStream = new BufferedOutputStream(writer);  
               
                DataOutputStream dout=new DataOutputStream(bOutputStream);   
                for (int j = 0; j < index; j++) {  
                    dout.writeInt(buffer[j]);  
                }  
                dout.close();  
                bOutputStream.close();  
                writer.close();  
                files.add(f);  
                 
            }  

        }  
        din.close();  
        bin.close();  
        fr.close();  
        return files;  
    }  
    /**
     * 多路归并
     * @param list
     * @throws IOException
     */
    private void multipleMerge(ArrayList<File> list) throws IOException {  
          
        int fileSize = list.size();  
          
        if(fileSize == 1){  
            return;  
        }  
          
        ArrayList<DataInputStream> dinlist = new ArrayList<DataInputStream>();  
          
        int[] ext = new int[fileSize];//比较数组  

    // File output = new File("multipleMerged");  
        FileOutputStream os = new FileOutputStream(MAIN_FILE);  
        BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(os);  
        DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);  

        for (int i = 0; i < fileSize; i++) {  
            try {  
                dinlist.add(i, new DataInputStream(new BufferedInputStream(  
                        new FileInputStream(list.get(i)), BUFFER_SIZE)));  
            } catch (Exception e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  

        int index = 0;  

        for (int i = 0; i < fileSize; i++) {  
            try {  
                ext[i] = dinlist.get(i).readInt();  
            } catch (Exception e) {  
                System.err.println("file_" + i + "为空");  
                ext[i] = -1;  
            }  
        }  
        int count = fileSize;  
        int[] sum = new int[fileSize];  
          
        while (count > 1) {  

            index = getMinIndex(ext);  
            dout.writeInt(ext[index]);  
            sum[index]++;  
            try {  
                ext[index] = dinlist.get(index).readInt();  
            } catch (Exception e) {  
                ext[index] = -1;  
                count--;  
                dinlist.get(index).close();  
        //      System.err.println(index + "空,写进:" +sum[index]);  
                  
            }  
        }  
        int sIndex = getSIndex(ext);  
        dout.writeInt(ext[sIndex]);  
        while (true) {  
            try {  
                dout.writeInt(dinlist.get(sIndex).readInt());  
            } catch (Exception e) {  
                dinlist.get(sIndex).close();  
                break;  
            }  
        }  
        dout.close();  
    }  
    //找到剩下的最后一个文件输入流  
    public int getSIndex(int[] ext){  
        int result = 0;  
        for (int i = 0; i < ext.length; i++) {  
            if(ext[i]!= -1){  
                result = i;  
                break;  
            }  
        }  
        return result;  
    }  
    //找到数据中最小的一个  
    public int getMinIndex(int[] ext){  
        int min = 2147483647;  
        int index = -1;  
        for (int i = 0; i < ext.length; i++) {  
            if(ext[i] != -1 && ext[i] < min){  
                min = ext[i];  
                index = i;  
            }  
        }  
        return index;  
    }  
    /**
     * 二路归并
     *  
     * @param one
     * @param two
     * @return
     * @throws IOException
     */
    private File merge(File one, File two) throws IOException {  
        FileInputStream fis1 = new FileInputStream(one);  
        FileInputStream fis2 = new FileInputStream(two);  
        BufferedInputStream bin1 = new BufferedInputStream(fis1,BUFFER_SIZE);  
        BufferedInputStream bin2 = new BufferedInputStream(fis2,BUFFER_SIZE);  
          
        DataInputStream din1=new DataInputStream(bin1);    
        DataInputStream din2=new DataInputStream(bin2);    
          
        File output = new File("merged" + new Random().nextInt());  
        FileOutputStream os = new FileOutputStream(output);  
        BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(os);  
        DataOutputStream dout=new DataOutputStream(bout);   
     
        int a = -1;//= din1.readInt();  
        int b = -1;//= din2.readInt();  
          
        boolean finished = false;  
        boolean emptyA = false;//  
        int flag = 0;  
        while (!finished) {  

            if (flag != 1) {  
                try {  
                    a = din1.readInt();  
                } catch (Exception e) {  
                    emptyA = true;  
                    break;  
                }  
            }  
            if (flag != 2) {  
                try {  
                    b = din2.readInt();  
                } catch (Exception e) {  
                    emptyA = false;  
                    break;  
                }  
            }  
            if(a > b){  
                dout.writeInt(b);  
                flag = 1;  
            }else if( a < b){  
                dout.writeInt(a);  
                flag = 2;  
            }else if(a == b){  
                dout.write(a);  
                dout.write(b);  
                flag = 0;  
            }  
        }  
        finished = false;  
        if(emptyA){  
            dout.writeInt(b);  
            while(!finished){  
                try {  
                    b = din2.readInt();  
                } catch (Exception e) {  
                    break;  
                }  
                dout.writeInt(b);  
            }  
        }else{  
            dout.writeInt(a);  
            while(!finished){  
                try {  
                    a = din1.readInt();  
                } catch (Exception e) {  
                    break;  
                }  
                dout.writeInt(a);  
            }  
        }  
        dout.close();  
        os.close();  
        bin1.close();  
        bin2.close();  
        bout.close();  
        return output;  
    }  

   

    

    /**
     * @param args
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
                
        Random random = new Random(System.currentTimeMillis());  
        FileOutputStream fw = new FileOutputStream(MAIN_FILE);  
        BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(fw);  
        DataOutputStream dout=new DataOutputStream(bout);    
          
        for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {  
            int ger = random.nextInt();  
            ger = ger < 0 ? -ger : ger;  
            dout.writeInt(ger);  

        }  
        dout.close();  
        bout.close();  
        fw.close();  
        ExternalSort sort = new ExternalSort();  
        System.out.println("Original:");  

        long start = System.currentTimeMillis();  
        sort.mSort(MAIN_FILE);  
         
          
        long end = System.currentTimeMillis();  
        System.out.println((end - start)/1000 + "s");  
        recordFile((end - start)/1000 ,true);  
    }  

    private static void recordFile(long time,boolean isBuffer)  
            throws FileNotFoundException, IOException {  
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("log",true));  
        bw.write("FILE_COUNT = "+FILE_COUNT+";对"+ ITEM_COUNT + "条数据 "+ ITEM_COUNT*4/(1024*1204) +"MB排序耗时:" + time + "s ");  
        if(isBuffer){  
            bw.write(" 使用缓冲:"+BUFFER_SIZE*4/(1024*1204) +"MB");  
        }  
        bw.newLine();  
        bw.close();  
    }  

} 
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