并行流与串行流

Question

在Java 8中，一个并行流是否可能给出与串行流不同的结果？ 根据我的信息，一个并行流和串行流是一样的，只不过被分成了多个子流。这是关于速度的问题。对所有元素的操作都完成后，在最后合并子流的结果。最终，我认为并行流和串行流的操作结果应该是相同的。所以我的问题是，这段代码是否可能给出不同的结果？如果有可能，为什么会发生？

int[] i = {1, 2, 5, 10, 9, 7, 25, 24, 26, 34, 21, 23, 23, 25, 27, 852, 654, 25, 58};
Double serial = Arrays.stream(i).filter(si -> {
    return si > 5;
}).mapToDouble(Double::new).map(NewClass::add).reduce(Math::atan2).getAsDouble();

Double parallel = Arrays.stream(i).filter(si -> {
    return si > 5;
}).parallel().mapToDouble(Double::new).map(NewClass::add).reduce(Math::atan2).getAsDouble();

System.out.println("serial: " + serial);
System.out.println("parallel: " + parallel);

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public static double add(double i) {
    return i + 0.005;
}

结果如下:

serial: 3.6971567726175894E-23

parallel: 0.779264049587662

- Ján Яabčan

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使用 atan2 进行缩减完全没有意义。例如，它不是可结合的。 - Paul Boddington

FYI: si -> { return si > 5; } 应该改为 si -> si > 5，并且您需要在 parallel() 之后进行过滤。 - Andreas

不，问题在于reduce需要一个可结合的函数。 - Andreas

@Andreas，你可以在流的起始和终止操作之间任意添加.parallel()方法，结果是相同的。 - Tagir Valeev

调用.mapToDouble(Double::new)将每个int扩展为double，将它们装箱成Double对象，然后再将它们拆箱为double值。如果要将int转换为double，则.mapToDouble(i->i)会更直接，跳过对象创建。但是更简单的方法是.asDoubleStream()... 如果您真的需要装箱的值，请使用Double::valueOf而不是Double::new。 - Holger

Answer 1

reduce()的Java文档说：

使用一个可交换的累加函数，对该流的元素执行规约操作[...]累加器函数必须是一个可交换的函数。

单词"associative"链接到这个java文档：

如果满足以下内容，则运算符或函数op是可交换的：

 (a op b) op c == a op (b op c)

如果我们将其扩展到四个术语，则可以看出这对并行评估的重要性：

 a op b op c op d == (a op b) op (c op d)

因此，我们可以并行地评估（a op b）和（c op d），然后在结果上调用op。

可交换操作的示例包括数字加法、最小值、最大值和字符串连接。

正如@PaulBoddington在评论中提到的，atan2不是可交换的，因此不能用作约简操作。

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无关的内容

您的流序列有点错乱。您应该在并行操作之后过滤，lambda可以缩短，并且不应该装箱双倍：

double parallel = Arrays.stream(i)
                        .parallel()           // <-- before filter
                        .filter(si -> si > 5) // <-- shorter
                        .asDoubleStream()     // <-- not boxing
                        .reduce(Math::atan2)
                        .getAsDouble();

- Andreas

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不相关的部分完全不相关。.parallel() 可以放置在流水线的任何位置，其结果将保持不变。 - Tagir Valeev

@TagirValeev - 如果您提前并行处理，它不会更快运行吗？ - ArtOfWarfare

@ArtOfWarfare，不，它不会。 - Tagir Valeev

Answer 2

当您使用并行流的reduce方法时，操作不会按特定顺序执行。

因此，如果您希望并行流产生可预测的结果，则reduce操作必须在任何顺序下都具有相同的答案。

例如，使用加法进行缩减是有意义的，因为加法是关联的。无论您做哪个操作，答案都是6。

(1 + 2) + 3
1 + (2 + 3)

atan2不是结合的。

Math.atan2(Math.atan2(1, 2), 3) == 0.15333604941031637

而

Math.atan2(1, Math.atan2(2, 3)) == 1.0392451500584097

- Paul Boddington

Answer 3

你的reduce方法会因元素顺序不同而产生不同的结果。

如果你使用并行流，则原始顺序不能保证。

如果你使用不同的归约方法（例如(x,y)->x+y），它就可以正常工作。

- Stefan A

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顺序始终相同。结果组合的方式不同。无序操作是可交换的。无关组合的操作是可结合的。在这里，顺序被保留，因此可交换性是不必要的。 - Tagir Valeev

@TagirValeev，这仅适用于有序流。 - the8472

@the8472，无序流肯定是无序的。 - Tagir Valeev

是的，但在没有排序串和并行串的情况下，它们可能会表现出不同的行为，这可能与 OP 的特定示例无关，但它确实适用于一般问题。 - the8472