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Improve in-place primitive sorts by 13-67% #4473
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Original file line number | Diff line number | Diff line change | ||||||||||||||||||
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@@ -22,11 +22,14 @@ use arrow_array::builder::BufferBuilder; | |||||||||||||||||||
use arrow_array::cast::*; | ||||||||||||||||||||
use arrow_array::types::*; | ||||||||||||||||||||
use arrow_array::*; | ||||||||||||||||||||
use arrow_buffer::Buffer; | ||||||||||||||||||||
use arrow_buffer::{ArrowNativeType, MutableBuffer, NullBuffer}; | ||||||||||||||||||||
use arrow_data::ArrayData; | ||||||||||||||||||||
use arrow_data::ArrayDataBuilder; | ||||||||||||||||||||
use arrow_schema::{ArrowError, DataType, IntervalUnit, TimeUnit}; | ||||||||||||||||||||
use arrow_select::take::take; | ||||||||||||||||||||
use core::slice; | ||||||||||||||||||||
use std::cmp::min; | ||||||||||||||||||||
use std::cmp::Ordering; | ||||||||||||||||||||
use std::sync::Arc; | ||||||||||||||||||||
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@@ -57,11 +60,211 @@ pub fn sort( | |||||||||||||||||||
values: &dyn Array, | ||||||||||||||||||||
options: Option<SortOptions>, | ||||||||||||||||||||
) -> Result<ArrayRef, ArrowError> { | ||||||||||||||||||||
if let DataType::RunEndEncoded(_, _) = values.data_type() { | ||||||||||||||||||||
return sort_run(values, options, None); | ||||||||||||||||||||
match values.data_type() { | ||||||||||||||||||||
DataType::Int8 => sort_native_type::<Int8Type, i8>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Int16 => sort_native_type::<Int16Type, i16>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Int32 => sort_native_type::<Int32Type, i32>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Int64 => sort_native_type::<Int64Type, i64>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::UInt8 => sort_native_type::<UInt8Type, u8>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::UInt16 => sort_native_type::<UInt16Type, u16>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::UInt32 => sort_native_type::<UInt32Type, u32>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::UInt64 => sort_native_type::<UInt64Type, u64>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Float32 => sort_native_type::<Float32Type, f32>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Float64 => sort_native_type::<Float64Type, f64>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Date32 => sort_native_type::<Date32Type, i32>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Date64 => sort_native_type::<Date64Type, i64>(values, options), | ||||||||||||||||||||
DataType::Time32(TimeUnit::Second) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<Time32SecondType, i32>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Time32(TimeUnit::Millisecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<Time32MillisecondType, i32>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Time64(TimeUnit::Microsecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<Time64MicrosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Time64(TimeUnit::Nanosecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<Time64NanosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Timestamp(TimeUnit::Second, _) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<TimestampSecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Timestamp(TimeUnit::Millisecond, _) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<TimestampMillisecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Timestamp(TimeUnit::Microsecond, _) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<TimestampMicrosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Timestamp(TimeUnit::Nanosecond, _) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<TimestampNanosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Interval(IntervalUnit::YearMonth) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<IntervalYearMonthType, i32>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Interval(IntervalUnit::DayTime) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<IntervalDayTimeType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Interval(IntervalUnit::MonthDayNano) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<IntervalMonthDayNanoType, i128>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Duration(TimeUnit::Second) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<DurationSecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Duration(TimeUnit::Millisecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<DurationMillisecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Duration(TimeUnit::Microsecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<DurationMicrosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::Duration(TimeUnit::Nanosecond) => { | ||||||||||||||||||||
sort_native_type::<DurationNanosecondType, i64>(values, options) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
DataType::RunEndEncoded(_, _) => sort_run(values, options, None), | ||||||||||||||||||||
_ => { | ||||||||||||||||||||
let indices = sort_to_indices(values, options, None)?; | ||||||||||||||||||||
take(values, &indices, None) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
let indices = sort_to_indices(values, options, None)?; | ||||||||||||||||||||
take(values, &indices, None) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
fn compress_store<U>(input: *const U, mut output: *mut U, mask: u8) -> isize | ||||||||||||||||||||
psvri marked this conversation as resolved.
Show resolved
Hide resolved
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||||||||||||||||||||
where | ||||||||||||||||||||
U: ArrowNativeType, | ||||||||||||||||||||
{ | ||||||||||||||||||||
let mut offset = 0; | ||||||||||||||||||||
if mask != 0 { | ||||||||||||||||||||
for i in 0..8 { | ||||||||||||||||||||
if (mask & (1 << i)) != 0 { | ||||||||||||||||||||
// This is safe since a valid bit i.e bit set to 1 indicates a valid value | ||||||||||||||||||||
unsafe { | ||||||||||||||||||||
*output = *input.offset(i); | ||||||||||||||||||||
offset += 1; | ||||||||||||||||||||
output = output.offset(1); | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
offset | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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fn create_null_buffer( | ||||||||||||||||||||
valid_count: usize, | ||||||||||||||||||||
nulls_count: usize, | ||||||||||||||||||||
length: usize, | ||||||||||||||||||||
sort_options: SortOptions, | ||||||||||||||||||||
) -> Option<Buffer> { | ||||||||||||||||||||
let null_capacity = (length / 8) + (length % 8 != 0) as usize; | ||||||||||||||||||||
psvri marked this conversation as resolved.
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||||||||||||||||||||
let mut mutable_null_buffer = MutableBuffer::new(null_capacity * 8); | ||||||||||||||||||||
mutable_null_buffer.resize(null_capacity, 0); | ||||||||||||||||||||
|
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let mutable_null_buffer_slice = mutable_null_buffer.as_slice_mut(); | ||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||
if valid_count > 0 { | ||||||||||||||||||||
let mut count = valid_count; | ||||||||||||||||||||
let mut index = 0; | ||||||||||||||||||||
if sort_options.nulls_first { | ||||||||||||||||||||
let remaining_nulls = nulls_count % 8; | ||||||||||||||||||||
index = nulls_count / 8; | ||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
if remaining_nulls != 0 { | ||||||||||||||||||||
let valid_values_count = min(8 - remaining_nulls, valid_count); | ||||||||||||||||||||
mutable_null_buffer_slice[index] = | ||||||||||||||||||||
((1 << valid_values_count) - 1) << remaining_nulls; | ||||||||||||||||||||
count -= valid_values_count; | ||||||||||||||||||||
index += 1; | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
while count >= 8 { | ||||||||||||||||||||
mutable_null_buffer_slice[index] = u8::MAX; | ||||||||||||||||||||
index += 1; | ||||||||||||||||||||
count -= 8; | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
if count != 0 { | ||||||||||||||||||||
mutable_null_buffer_slice[index] = (1 << count) - 1; | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
|
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Some(mutable_null_buffer.into()) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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fn sort_native_type<T, U>( | ||||||||||||||||||||
values: &dyn Array, | ||||||||||||||||||||
options: Option<SortOptions>, | ||||||||||||||||||||
) -> Result<ArrayRef, ArrowError> | ||||||||||||||||||||
where | ||||||||||||||||||||
T: ArrowPrimitiveType, | ||||||||||||||||||||
U: ArrowNativeTypeOp, | ||||||||||||||||||||
psvri marked this conversation as resolved.
Show resolved
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|
||||||||||||||||||||
{ | ||||||||||||||||||||
let sort_options = options.unwrap_or_default(); | ||||||||||||||||||||
let values = values.as_primitive::<T>(); | ||||||||||||||||||||
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let result_capacity = values.len() * std::mem::size_of::<U>(); | ||||||||||||||||||||
let mut mutable_buffer = MutableBuffer::new(result_capacity); | ||||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Have you considered just using Vec here? |
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mutable_buffer.resize(result_capacity, 0); | ||||||||||||||||||||
let mutable_slice: &mut [U] = mutable_buffer.typed_data_mut(); | ||||||||||||||||||||
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let array_data = values.to_data(); | ||||||||||||||||||||
let input_values: &[U] = array_data.buffer(0); | ||||||||||||||||||||
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let mut null_bit_buffer = None; | ||||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. It might be nicer to use an expression style here, rather than using mut e.g. let nulls = match array.nulls().filter(|n| n.null_count() > 0) { |
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let nulls_count = values.null_count(); | ||||||||||||||||||||
let valid_count = values.len() - nulls_count; | ||||||||||||||||||||
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if values.null_count() > 0 { | ||||||||||||||||||||
let nulls = array_data.nulls().unwrap(); | ||||||||||||||||||||
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Suggested change
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let null_buffer = nulls.buffer().as_slice(); | ||||||||||||||||||||
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let mut mutable_slice_ptr = mutable_slice.as_mut_ptr(); | ||||||||||||||||||||
let mut input_values_ptr = input_values.as_ptr(); | ||||||||||||||||||||
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if sort_options.nulls_first { | ||||||||||||||||||||
// This is safe since the offset in in bounds | ||||||||||||||||||||
unsafe { | ||||||||||||||||||||
mutable_slice_ptr = mutable_slice_ptr.add(values.null_count()); | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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// This is safe since we are in bounds | ||||||||||||||||||||
let values_slice = | ||||||||||||||||||||
unsafe { slice::from_raw_parts_mut(mutable_slice_ptr, valid_count) }; | ||||||||||||||||||||
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for mask in null_buffer { | ||||||||||||||||||||
psvri marked this conversation as resolved.
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let written_count = | ||||||||||||||||||||
compress_store::<U>(input_values_ptr, mutable_slice_ptr, *mask); | ||||||||||||||||||||
// This is safe as the offset increments are within bounds | ||||||||||||||||||||
unsafe { | ||||||||||||||||||||
input_values_ptr = input_values_ptr.offset(8); | ||||||||||||||||||||
mutable_slice_ptr = mutable_slice_ptr.offset(written_count); | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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values_slice.sort_unstable_by(|a, b| a.compare(*b)); | ||||||||||||||||||||
if sort_options.descending { | ||||||||||||||||||||
values_slice.reverse(); | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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null_bit_buffer = | ||||||||||||||||||||
create_null_buffer(valid_count, nulls_count, values.len(), sort_options); | ||||||||||||||||||||
} else { | ||||||||||||||||||||
mutable_slice.copy_from_slice(input_values); | ||||||||||||||||||||
mutable_slice.sort_unstable_by(|a, b| a.compare(*b)); | ||||||||||||||||||||
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Suggested change
Should be the same? There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Not for floats, we use total ordering not the default partial ordering There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Ah forgot about that :) |
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if sort_options.descending { | ||||||||||||||||||||
mutable_slice.reverse(); | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
Comment on lines
+119
to
+122
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Suggested change
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} | ||||||||||||||||||||
// This is safe since data types match | ||||||||||||||||||||
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let result_array = unsafe { | ||||||||||||||||||||
ArrayData::new_unchecked( | ||||||||||||||||||||
values.data_type().clone(), | ||||||||||||||||||||
values.len(), | ||||||||||||||||||||
Some(nulls_count), | ||||||||||||||||||||
null_bit_buffer, | ||||||||||||||||||||
0, | ||||||||||||||||||||
vec![mutable_buffer.into()], | ||||||||||||||||||||
vec![], | ||||||||||||||||||||
) | ||||||||||||||||||||
}; | ||||||||||||||||||||
Ok(Arc::new(PrimitiveArray::<T>::from(result_array))) | ||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||
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/// Sort the `ArrayRef` partially. | ||||||||||||||||||||
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Original file line number | Diff line number | Diff line change |
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@@ -0,0 +1,59 @@ | ||
// Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one | ||
// or more contributor license agreements. See the NOTICE file | ||
// distributed with this work for additional information | ||
// regarding copyright ownership. The ASF licenses this file | ||
// to you under the Apache License, Version 2.0 (the | ||
// "License"); you may not use this file except in compliance | ||
// with the License. You may obtain a copy of the License at | ||
// | ||
// http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 | ||
// | ||
// Unless required by applicable law or agreed to in writing, | ||
// software distributed under the License is distributed on an | ||
// "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY | ||
// KIND, either express or implied. See the License for the | ||
// specific language governing permissions and limitations | ||
// under the License. | ||
|
||
#[macro_use] | ||
extern crate criterion; | ||
use arrow_ord::sort::sort; | ||
use criterion::Criterion; | ||
|
||
use std::sync::Arc; | ||
|
||
extern crate arrow; | ||
|
||
use arrow::util::bench_util::*; | ||
use arrow::{array::*, datatypes::Int64Type}; | ||
|
||
fn create_i64_array(size: usize, with_nulls: bool) -> ArrayRef { | ||
let null_density = if with_nulls { 0.5 } else { 0.0 }; | ||
let array = create_primitive_array::<Int64Type>(size, null_density); | ||
Arc::new(array) | ||
} | ||
|
||
fn bench_sort(array: &ArrayRef) { | ||
criterion::black_box(sort(criterion::black_box(array), None).unwrap()); | ||
} | ||
|
||
fn add_benchmark(c: &mut Criterion) { | ||
let arr_a = create_i64_array(2u64.pow(10) as usize, false); | ||
|
||
c.bench_function("sort 2^10", |b| b.iter(|| bench_sort(&arr_a))); | ||
|
||
let arr_a = create_i64_array(2u64.pow(12) as usize, false); | ||
|
||
c.bench_function("sort 2^12", |b| b.iter(|| bench_sort(&arr_a))); | ||
|
||
let arr_a = create_i64_array(2u64.pow(10) as usize, true); | ||
|
||
c.bench_function("sort nulls 2^10", |b| b.iter(|| bench_sort(&arr_a))); | ||
|
||
let arr_a = create_i64_array(2u64.pow(12) as usize, true); | ||
|
||
c.bench_function("sort nulls 2^12", |b| b.iter(|| bench_sort(&arr_a))); | ||
} | ||
|
||
criterion_group!(benches, add_benchmark); | ||
criterion_main!(benches); |
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If you changed sort_native_type to take PrimitiveArray instead of dyn Array you could use the downcast_primitive_array macro here