std :: unordered_map：多線程插入？

Question

我有一堆數據（0和ULLONG_MAX之間的一個巨大的整數列表），我想提取所有唯一值。 我的方法是創建一個unordered_map，使用整數列表值作為鍵，並為地圖值使用一次性bool。 我迭代列表並為每個鍵插入一次性值。 最后，我迭代地圖以獲得所有唯一鍵。 挺直的。

但是，我的列表是如此之大（100億），我想多線程這個過程。 我知道一種天真的線程方法是行不通的，因為unordered_map插入會影響底層數據結構，所以它不是線程安全的。 並且在每次插入時添加鎖定將是緩慢的並且可能否定任何線程加速。

但是，大概不是每次插入都會改變數據結構（只有那些不適合現有分配的存儲桶？）。 有沒有辦法在插入之前檢查特定插入是否需要unordered_map重新分配？ 這樣我只能在地圖變更時鎖定線程，而不是在每次插入時鎖定。 然后，在每次插入之前，線程僅檢查鎖是否存在...而不是完全鎖定/解鎖。 那可能嗎？

Answer 1

並行化的基本規則打破了工作，處理碎片，然后組合碎片。

散列/項目查找是整個shebang中最昂貴的部分，因此我們將專注於並行化。

如果您絕對需要將結果作為哈希表，我會收到一些壞消息：您必須自己編寫。 話雖這么說，讓我們開始吧。

首先，讓我們連續解決問題。 這很簡單。 以下函數采用向量和回調。 我們將獲取向量，將其轉換為unordered_set ，並將unordered_set給回調。 簡單？ 是。

現在，因為我們將在一個線程上執行此操作，所以我們無法立即執行此操作。 相反，我們將返回一個不帶參數的lambda。 當調用lambda時，就會創建unordered_set並將其提供給回調。 這樣，我們可以將每個lambda賦予它自己的線程，並且每個線程將通過調用lambda來運行該作業。

template<class Vector, class Callback>
auto lazyGetUnique(Vector& vector, Callback callback) {
    using Iterator = decltype(vector.begin());
    auto begin = vector.begin();
    auto end = vector.end();
    using elem_t = typename std::iterator_traits<Iterator>::value_type;

    //We capture begin, end, and callback
    return [begin, end, callback]() {
        callback(std::unordered_set<elem_t>(begin, end));
    };
}

現在 - 這個回調應該做什么？ 答案很簡單：回調應該將unordered_set的內容分配給一個向量。 為什么？ 因為我們要合並結果，合並向量比合並unordered_set要快得多。

讓我們編寫一個函數來給我們回調：

template<class Vector>
auto assignTo(Vector& v) {
    return [&](auto&& contents) {
        v.assign(contents.begin(), contents.end());
    };
}

假設我們想要獲取向量的唯一元素，並將它們分配回該向量。 現在這很簡單：

std::vector<int> v = /* stuff */;
auto new_thread = std::thread( lazyGetUnique(v, assignTo(v)) ); 

在此示例中，當new_thread完成執行時， v將僅包含唯一元素。

讓我們來看看完成所有功能的完整功能。

template<class Iterator>
auto getUnique(Iterator begin, Iterator end) {
    using elem_t = typename std::iterator_traits<Iterator>::value_type;

    std::vector<elem_t> blocks[4];

    //Split things up into blocks based on the last 4 bits
    //Of the number. This allows us to guarantee that no two blocks
    //share numbers. 
    for(; begin != end; ++begin) {
        auto val = *begin; 
        blocks[val & 0x3].push_back(val); 
    }

    //Each thread will run their portion of the problem.
    //Once it's found all unique elements, it'll stick the result in the block used as input
    auto thread_0 = std::thread( lazyGetUnique(blocks[0], assignTo(blocks[0])) );
    auto thread_1 = std::thread( lazyGetUnique(blocks[1], assignTo(blocks[1])) );
    auto thread_2 = std::thread( lazyGetUnique(blocks[2], assignTo(blocks[2])) );

    //We are thread_3, so we can just invoke it directly
    lazyGetUnique(blocks[3], assignTo(blocks[3]))(); //Here, we invoke it immediately

    //Join the other threads
    thread_0.join();
    thread_1.join();
    thread_2.join(); 

    std::vector<elem_t> result;
    result.reserve(blocks[0].size() + blocks[1].size() + blocks[2].size() + blocks[3].size());

    for(int i = 0; i < 4; ++i) {
        result.insert(result.end(), blocks[i].begin(), blocks[i].end());
    }

    return result;
}

這個函數將東西分成4個塊，每個塊都是不相交的。 它在4個塊中的每個塊中找到唯一元素，然后組合結果。 輸出是一個向量。