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如何使Stream上的reduce()操作短路?

齐冥夜
2023-03-14
问题内容

这与如何在Stream上短路减少有本质上相同的问题?。但是,由于该问题集中在布尔值流上,并且其答案不能推广到其他类型并减少操作,因此我想提出一个更笼统的问题。

我们如何对流进行还原,以使其在遇到用于还原操作的吸收元素时短路?

对于乘法,典型的数学情况将为0。这Stream

int product = IntStream.of(2, 3, 4, 5, 0, 7, 8)
        .reduce(1, (a, b) -> a * b);

无论遇到什么事实产品都会被知道,它将消耗最后两个元素(780


问题答案:

不幸的是,StreamAPI具有有限的功能来创建您自己的短路操作。不是那么干净的解决方案是扔掉RuntimeException并抓住它。这是的实现IntStream,但也可以将其推广到其他流类型:

public static int reduceWithCancelEx(IntStream stream, int identity, 
                      IntBinaryOperator combiner, IntPredicate cancelCondition) {
    class CancelException extends RuntimeException {
        private final int val;

        CancelException(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    try {
        return stream.reduce(identity, (a, b) -> {
            int res = combiner.applyAsInt(a, b);
            if(cancelCondition.test(res))
                throw new CancelException(res);
            return res;
        });
    } catch (CancelException e) {
        return e.val;
    }
}

用法示例:

int product = reduceWithCancelEx(
        IntStream.of(2, 3, 4, 5, 0, 7, 8).peek(System.out::println), 
        1, (a, b) -> a * b, val -> val == 0);
System.out.println("Result: "+product);

输出:

2
3
4
5
0
Result: 0

请注意,即使它适用于并行流,也不能保证其他并行任务之一一旦抛出异常便会完成。已经开始的子任务可能会一直运行到完成,因此您处理的元素可能超出预期。

更新
:更长的时间,但更并行友好的替代解决方案。它基于自定义分隔符,该分隔符最多返回一个元素(这是所有基础元素的累加结果)。在顺序模式下使用它时,它将在一次tryAdvance调用中完成所有工作。拆分时,每个部分都会生成相应的单个部分结果,Stream引擎会使用合并器功能将其减少。这是通用版本,但原始专业化也是可能的。

final static class CancellableReduceSpliterator<T, A> implements Spliterator<A>,
        Consumer<T>, Cloneable {
    private Spliterator<T> source;
    private final BiFunction<A, ? super T, A> accumulator;
    private final Predicate<A> cancelPredicate;
    private final AtomicBoolean cancelled = new AtomicBoolean();
    private A acc;

    CancellableReduceSpliterator(Spliterator<T> source, A identity,
            BiFunction<A, ? super T, A> accumulator, Predicate<A> cancelPredicate) {
        this.source = source;
        this.acc = identity;
        this.accumulator = accumulator;
        this.cancelPredicate = cancelPredicate;
    }

    @Override
    public boolean tryAdvance(Consumer<? super A> action) {
        if (source == null || cancelled.get()) {
            source = null;
            return false;
        }
        while (!cancelled.get() && source.tryAdvance(this)) {
            if (cancelPredicate.test(acc)) {
                cancelled.set(true);
                break;
            }
        }
        source = null;
        action.accept(acc);
        return true;
    }

    @Override
    public void forEachRemaining(Consumer<? super A> action) {
        tryAdvance(action);
    }

    @Override
    public Spliterator<A> trySplit() {
        if(source == null || cancelled.get()) {
            source = null;
            return null;
        }
        Spliterator<T> prefix = source.trySplit();
        if (prefix == null)
            return null;
        try {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            CancellableReduceSpliterator<T, A> result = 
                (CancellableReduceSpliterator<T, A>) this.clone();
            result.source = prefix;
            return result;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
    }

    @Override
    public long estimateSize() {
        // let's pretend we have the same number of elements
        // as the source, so the pipeline engine parallelize it in the same way
        return source == null ? 0 : source.estimateSize();
    }

    @Override
    public int characteristics() {
        return source == null ? SIZED : source.characteristics() & ORDERED;
    }

    @Override
    public void accept(T t) {
        this.acc = accumulator.apply(this.acc, t);
    }
}

Stream.reduce(identity, accumulator, combiner)和类似的方法Stream.reduce(identity, combiner),但具有cancelPredicate

public static <T, U> U reduceWithCancel(Stream<T> stream, U identity,
        BiFunction<U, ? super T, U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner,
        Predicate<U> cancelPredicate) {
    return StreamSupport
            .stream(new CancellableReduceSpliterator<>(stream.spliterator(), identity,
                    accumulator, cancelPredicate), stream.isParallel()).reduce(combiner)
            .orElse(identity);
}

public static <T> T reduceWithCancel(Stream<T> stream, T identity,
        BinaryOperator<T> combiner, Predicate<T> cancelPredicate) {
    return reduceWithCancel(stream, identity, combiner, combiner, cancelPredicate);
}

让我们测试两个版本并计算实际处理的元素数量。让我们0结束一点。例外版本:

AtomicInteger count = new AtomicInteger();
int product = reduceWithCancelEx(
        IntStream.range(-1000000, 100).filter(x -> x == 0 || x % 2 != 0)
                .parallel().peek(i -> count.incrementAndGet()), 1,
        (a, b) -> a * b, x -> x == 0);
System.out.println("product: " + product + "/count: " + count);
Thread.sleep(1000);
System.out.println("product: " + product + "/count: " + count);

典型输出:

product: 0/count: 281721
product: 0/count: 500001

因此,当仅处理某些元素时返回结果时,任务将继续在后台运行,并且计数器仍在增加。这是分离器版本:

AtomicInteger count = new AtomicInteger();
int product = reduceWithCancel(
        IntStream.range(-1000000, 100).filter(x -> x == 0 || x % 2 != 0)
                .parallel().peek(i -> count.incrementAndGet()).boxed(), 
                1, (a, b) -> a * b, x -> x == 0);
System.out.println("product: " + product + "/count: " + count);
Thread.sleep(1000);
System.out.println("product: " + product + "/count: " + count);

典型输出:

product: 0/count: 281353
product: 0/count: 281353

返回结果后,所有任务实际上都已完成。



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