Java Fork-Join不使用大型ArrayList

Question

我对并行性和并发性都很陌生，我正在尝试使用Java中的Fork-Join实现中值滤波器算法。 基本上我将输入文件读入ArrayList并使用该列表生成过滤中位数的新ArrayList（包括原始ArrayList的第一个和最后一个元素）。

现在我设法制作了算法的串行/顺序版本，它工作正常。 但是，当我尝试制作Fork-Join版本时，它似乎不适用于大型ArrayLists（100000+）。 我尝试使用一个非常小的大小为5的ArrayList，它工作正常。 我似乎无法找到我的错误（我肯定是一个逻辑错误和/或实现错误）。 任何帮助，将不胜感激。

这是顺序算法片段：

    //Add first boundary element to output ArrayList
    outputElements.add(this.elements.get(0));

    //Start Filter Algorithm 
    while(elements.size()-counter >= filterSize){
        for(int i = 0; i<filterSize; i++){
            tempElements.add(this.elements.get(i+counter));
            if(i==filterSize){
                break;
            }
        }

        Collections.sort(tempElements);
        outputElements.add(tempElements.get((filterSize-1)/2));

        counter++;
        tempElements.clear();
    }

    //Add last boundary element to output ArrayList.
    if (elements != null && !elements.isEmpty()) {
        outputElements.add(elements.get(elements.size()-1));
    }//End Filter Algorithm

这是我制作的并行类。 这是不起作用的部分：

public class Parallel extends RecursiveTask<List<Float>>{
    int lo;
    int hi;
    int filterSize;
    String outFile; //Output file name.
    int arraySize;
    List<Float> elements = new ArrayList<Float>();
    List<Float> tempElements = new ArrayList<Float>();
    List<Float> outputElements = new ArrayList<Float>();
    int counter = 0;
    static final int SEQUENTIAL_CUTOFF=1000;

    public Parallel(List<Float> elements, int filterSize, String outFile, int lo, int hi) {
        this.lo = lo;
        this.hi = hi;
        this.elements = elements;
        this.outFile = outFile;
        this.filterSize = filterSize;       
        if(lo == 0){
            outputElements.add(this.elements.get(0));
        }
    }
    @Override
    protected List<Float> compute() {
        long startTime = System.nanoTime(); //Algorithm starts here 
        if((hi-lo) < SEQUENTIAL_CUTOFF) {
            while(hi-counter >= filterSize){
                for(int i = lo; i<filterSize; i++){
                    tempElements.add(this.elements.get(i+counter));
                    if(i==filterSize){
                        break;
                    }
                }               
                Collections.sort(tempElements);
                outputElements.add(tempElements.get((filterSize-1)/2));
                counter++;
                tempElements.clear();
                return outputElements;
            }
          }else{              
              Parallel left = new Parallel(this.elements, this.filterSize, this.outFile, this.lo, ((this.lo + this.hi)/2));
              Parallel right = new Parallel(this.elements, this.filterSize, this.outFile, ((this.hi + this.lo)/2), this.hi);
              left.fork();

              List<Float> leftArr = new ArrayList<Float>();
              List<Float> rightArr = new ArrayList<Float>();

             rightArr =  right.compute();
             leftArr = left.join();

             List<Float> newList = new ArrayList<Float>();
             newList.addAll(leftArr);
             newList.addAll(rightArr);       

          }
        long endTime = System.nanoTime();//Algorithm ends here.

        //Write elements to output file 
        PrintWriter writeOutput = null;
        try {
            writeOutput = new PrintWriter(this.outFile, "UTF-8");
        } catch (FileNotFoundException | UnsupportedEncodingException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        writeOutput.println(outputElements.size());//Number of lines
        for(int i=0; i<outputElements.size();i++){
            writeOutput.println(i+1 + " " + outputElements.get(i)); //Each line is written
        }

        writeOutput.close(); //Close when output finished writing.
        System.out.println("Parallel complete");
        return null;
    }
}

任何帮助都非常感谢。 在花了几个小时研究SO和谷歌后，我无法做到这一点。

编辑：musical_coder建议发布我面临的错误，他们在这里。 这是很多错误：

Exception in thread "main" java.lang.IndexOutOfBoundsException
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
    at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:526)
    at java.util.concurrent.ForkJoinTask.getThrowableException(ForkJoinTask.java:536)
    at java.util.concurrent.ForkJoinTask.reportResult(ForkJoinTask.java:596)
    at java.util.concurrent.ForkJoinTask.join(ForkJoinTask.java:640)
    at java.util.concurrent.ForkJoinPool.invoke(ForkJoinPool.java:1521)
    at main.main(main.java:45)
Caused by: java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 1, Size: 0
    at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:635)
    at java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:411)
    at Parallel.compute(Parallel.java:44)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:57)
    at Parallel.compute(Parallel.java:1)
    at java.util.concurrent.RecursiveTask.exec(RecursiveTask.java:93)
    at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doExec(ForkJoinTask.java:334)
    at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.execTask(ForkJoinWorkerThread.java:604)
    at java.util.concurrent.ForkJoinPool.scan(ForkJoinPool.java:784)
    at java.util.concurrent.ForkJoinPool.work(ForkJoinPool.java:646)
    at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.run(ForkJoinWorkerThread.java:398)

Answer 1

通常，您应该避免在多线程代码中使用ArrayList ，因为它不是线程安全的：

请注意，此实现不同步。 如果多个线程同时访问ArrayList实例，并且至少有一个线程在结构上修改了列表，则必须在外部进行同步。

我没有在你发布的片段中看到任何同时修改列表的内容，但我确实看到你将this.elements传递给子Parallel实例，这意味着你至少做了一些冒险的事情（共享指向可变，非线程的指针） - 线程之间的安全对象）。

作为第一遍，替换this.elements = elements; 在您的Parallel构造函数中具有以下内容：

this.elements = Collections.unmodifiableList(elements);

通过使列表不可修改 ，您将确保如果您的Parallel代码试图改变列表，您将在失败点处得到明确的错误。 这并不妨碍Parallel之外的其他东西修改原始elements列表，但它是一种快速，简单的方法来验证Parallel的行为是否正确。 如果得到UnsupportedOperationException ，则需要重新设计Parallel类 - 不能同时修改ArrayList 。

如果没有得到UnsupportedOperationException ，则其他内容正在修改您的列表。 您需要找到并删除它。

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一旦你弄清楚导致你的列表同时发生变异的原因，你可以尝试确定最好的前进方法。 通过所有“正确”的方式在线程之间共享数据超出了我希望在这个答案中涵盖的范围，但这里有一些一般的经验法则：

• 避免使用可变数据结构 - 将Parallel类设计为仅处理来自不可变数据结构的数据，例如Guava的ImmutableList 。 默认情况下，不可变数据结构是线程安全的。
• 使用线程安全的数据结构 - 例如， ConcurrentLinkedQueue是多个进程读取和写入同一数据结构的线程安全方式。 ConcurrentHashMap是另一个常用的类。 你需要什么，取决于你想要做什么，但这些都是很好的起点。
• 最大限度地减少并发操作的范围 - 即使使用并发数据结构，您的总体目标应该是使每个任务独立运行，除了从共享源读取和写入共享接收器之外。 对仅对一个线程可见的对象执行尽可能多的工作。
• 同步 - 我注意到Parallel在没有任何显式同步的情况下写入outFile 。 这很危险，并且可能会引入问题（崩溃或更糟的数据损坏）。 一次只能有一个线程写入文件。 通过使用专用的文件写入线程或通过显式同步文件写入操作来实现。