如何写一个函数来并行地找到大于N的值

Question

因此，我有一个函数，它在下面所示的一个大的未排序的数字数组中找到一个大于N的数字。

import java.util.*;

public class program {

    // Linear-search function to find the index of an element
    public static int findIndex(int arr[], int t)
    {
        // if array is Null
        if (arr == null) {
            return -1;
        }

        // find length of array
        int len = arr.length;
        int i = 0;

        // traverse in the array
        while (i < len) {

            // if the i-th element is t
            // then return the index
            if (arr[i] > t) {
                return i;
            }
            else {
                i = i + 1;
            }
        }
        return -1;
        }

   // Driver Code
   public static void main(String[] args)
   {
      int[] my_array = { 5, 4, 6, 1, 3, 2, 7, 8, 9 };

      int i = findIndex(my_array, 7);
       // find the index of 5
       System.out.println("Index position of 5 is: "
                    + my_array[i]);
   }
}

但我必须找到一种方法来并行地实现这一点。我不知道如何开始，也不知道该怎么做，就像我在并行编程领域刚刚起步一样。

任何帮助都将不胜感激。

Answer 1

最直接的方法是使用平行流，@Govinda很好地说明了这一点。

但是，如果您想使用此示例学习如何使用线程，那么可以按照以下步骤对代码进行并行化：

1. 创建线程；
2. 将工作分配给线程，即每个线程将试图找到比作为参数传递的值更大的值，但只对数组的一部分；
3. 创建值的第一个线程通知其他线程，以便每个线程都退出。

要创建线程，我们可以执行以下操作：

Thread[] threads = new Thread[total_threads];
for(int t = 0; t < threads.length; t++) {
    threads[t] = new Thread(/** the parallel work **/);
    threads[t].start();
}

要将工作分配给线程，我们需要在线程之间拆分数组。最简单的方法实际上是拆分迭代，而不是数组本身。线程接收整个数组，但只处理它的某些位置，例如：

private final static int NO_FOUND = -1;

// Linear-search function to find the index of an element
public static int findIndex(int[] arr, int t, int threadId, int total_threads){
    for (int i = threadId; i < arr.length; i += total_threads)
        if ( arr[i] > t)
            return i;
    return NO_FOUND;
}

对于每个线程，我们从0 to N-1分配一个0 to N-1范围，其中N是线程的总数。

要通知线程，我们可以在线程之间使用共享原子整数，用于更新找到的值的索引。因此，最后的代码如下所示：

public class program {
    private final static int NO_FOUND = -1;

    // Linear-search function to find the index of an element
    public static int findIndex(int[] arr, int t, int threadId, int total_threads, AtomicInteger shared_index){
        for (int i = threadId; i < arr.length && shared_index.get() == -1; i += total_threads)
            if ( arr[i] > t)
                return i;
        return NO_FOUND;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final int N = 8;
        int[] my_array = { 5, 4, 6, 1, 3, 2, 7, 8, 9 };
        int total_threads = 4;

        AtomicInteger shared_index = new AtomicInteger(-1);

        Thread[] threads = new Thread[total_threads];
        for(int t = 0; t < threads.length; t++) {
            final int thread_id = t;
            threads[t] = new Thread(() ->parallel_work(N, my_array, total_threads, shared_index, thread_id));
            threads[t].start();
        }

        for (Thread thread : threads) 
            thread.join();
        
        System.out.println("Index of value bigger than " + N + " : " + shared_index.get());
    }

    private static void parallel_work(int n, int[] my_array, int total_threads, AtomicInteger shared_index, int thread_id) {
        int index_found = findIndex(my_array, n, thread_id, total_threads, shared_index);
        shared_index.compareAndExchange(NO_FOUND, index_found);
    }
}

输出：

Index of value bigger than 8 : 8

Answer 2

您可以使用并行流并行运行操作。

public static int findIndex(int arr[], int t)
{
    // if array is Null
    if (arr == null) {
        return -1;
    }

    return IntStream.rangeClosed(0, arr.length)
                    .parallel()
                    .filter(index -> arr[index] > t)
                    .findFirst()
                    .orElse(-1);
}

如果您这样做是为了学习，您可以将数组划分为子数组，然后将每个部分提交到一个单独的线程中，然后评估并返回结果。

首先，实现一个可调用的函数，它可以接受子数组并返回索引。

class RangeFinder implements Callable<Integer> {
    private final int[] arr;
    private final int startIndex;
    private final int t;

    RangeFinder(int[] arr, int startIndex, int t) {
        this.arr = arr;
        this.startIndex = startIndex;
        this.t = t;
    }


    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < this.arr.length; i++) {
            if (arr[i] > t) {
                return startIndex + i;
            }
        }
        return -1;
    }
}

现在，您可以将数组划分为块，并将其提交并行处理。

public static int findIndex(int arr[], int t) throws ExecutionException, InterruptedException {
    if (arr == null) {
        return -1;
    }

    int numberOfThreads = 4;
    return findIndexInParallel(arr, t, numberOfThreads);
}

private static int findIndexInParallel(int[] arr, int t, int threadCount) throws ExecutionException, InterruptedException {
    if(threadCount > arr.length) {
        threadCount = arr.length;
    }

    int startIndex = 0;
    int range = (int) Math.ceil(arr.length / (double) threadCount);
    int endIndex = range;

    // step 1: create threads using Executor FrameWork
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);
    List<Future> futures = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {

        // step 2: create object of callable
        RangeFinder rangeFinder = new RangeFinder(Arrays.copyOfRange(arr, startIndex, endIndex), startIndex, t);

        // Step 3: submit the task to thread pool
        Future<Integer> submit = executorService.submit(rangeFinder);

        // Step 4: recalculate array indexes for the next iteration
        startIndex = startIndex + range;
        int newEndIndex = endIndex + range;
        endIndex = newEndIndex < arr.length ? newEndIndex : arr.length;
        futures.add(submit);
    }

    // step 5: evaluate and return the results
    for (Future future : futures) {
        int index = (int) future.get();
        if(index != -1) {
            executorService.shutdownNow();
            return index;
        }
    }
    return -1;
}

上面的代码可以进一步重构，当然，您也需要处理异常。