pylucene 3.5.0-3
[pylucene.git] / lucene-java-3.5.0 / lucene / contrib / facet / src / java / org / apache / lucene / facet / taxonomy / writercache / cl2o / CompactLabelToOrdinal.java
diff --git a/lucene-java-3.5.0/lucene/contrib/facet/src/java/org/apache/lucene/facet/taxonomy/writercache/cl2o/CompactLabelToOrdinal.java b/lucene-java-3.5.0/lucene/contrib/facet/src/java/org/apache/lucene/facet/taxonomy/writercache/cl2o/CompactLabelToOrdinal.java
new file mode 100644 (file)
index 0000000..a330021
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,572 @@
+package org.apache.lucene.facet.taxonomy.writercache.cl2o;
+
+import java.io.BufferedInputStream;
+import java.io.BufferedOutputStream;
+import java.io.DataInputStream;
+import java.io.DataOutputStream;
+import java.io.File;
+import java.io.FileInputStream;
+import java.io.FileOutputStream;
+import java.io.IOException;
+import java.util.Iterator;
+
+import org.apache.lucene.facet.taxonomy.CategoryPath;
+
+/**
+ * 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.
+ */
+
+/**
+ * This is a very efficient LabelToOrdinal implementation that uses a
+ * CharBlockArray to store all labels and a configurable number of HashArrays to
+ * reference the labels.
+ * <p>
+ * Since the HashArrays don't handle collisions, a {@link CollisionMap} is used
+ * to store the colliding labels.
+ * <p>
+ * This data structure grows by adding a new HashArray whenever the number of
+ * collisions in the {@link CollisionMap} exceeds {@code loadFactor} * 
+ * {@link #getMaxOrdinal()}. Growing also includes reinserting all colliding
+ * labels into the HashArrays to possibly reduce the number of collisions.
+ * 
+ * For setting the {@code loadFactor} see 
+ * {@link #CompactLabelToOrdinal(int, float, int)}. 
+ * 
+ * <p>
+ * This data structure has a much lower memory footprint (~30%) compared to a
+ * Java HashMap<String, Integer>. It also only uses a small fraction of objects
+ * a HashMap would use, thus limiting the GC overhead. Ingestion speed was also
+ * ~50% faster compared to a HashMap for 3M unique labels.
+ * 
+ * @lucene.experimental
+ */
+public class CompactLabelToOrdinal extends LabelToOrdinal {
+
+  public static final float DefaultLoadFactor = 0.15f;
+
+  static final char TerminatorChar = 0xffff;
+  private static final int Collision = -5;
+
+  private HashArray[] hashArrays;
+  private CollisionMap collisionMap;
+  private CharBlockArray labelRepository;
+
+  private int capacity;
+  private int threshold;
+  private float loadFactor;
+
+  public int sizeOfMap() {
+    return this.collisionMap.size();
+  }
+
+  private CompactLabelToOrdinal() {
+  }
+
+  public CompactLabelToOrdinal(int initialCapacity, float loadFactor,
+                                int numHashArrays) {
+
+    this.hashArrays = new HashArray[numHashArrays];
+
+    this.capacity = determineCapacity((int) Math.pow(2, numHashArrays),
+        initialCapacity);
+    init();
+    this.collisionMap = new CollisionMap(this.labelRepository);
+
+    this.counter = 0;
+    this.loadFactor = loadFactor;
+
+    this.threshold = (int) (this.loadFactor * this.capacity);
+  }
+
+  static int determineCapacity(int minCapacity, int initialCapacity) {
+    int capacity = minCapacity;
+    while (capacity < initialCapacity) {
+      capacity <<= 1;
+    }
+    return capacity;
+  }
+
+  private void init() {
+    labelRepository = new CharBlockArray();
+    try {
+      new CategoryPath().serializeAppendTo(labelRepository);
+    } catch (IOException e) { }  //can't happen 
+
+    int c = this.capacity;
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      this.hashArrays[i] = new HashArray(c);
+      c /= 2;
+    }
+  }
+
+  @Override
+  public void addLabel(CategoryPath label, int ordinal) {
+    if (this.collisionMap.size() > this.threshold) {
+      grow();
+    }
+
+    int hash = CompactLabelToOrdinal.stringHashCode(label);
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      if (addLabel(this.hashArrays[i], label, hash, ordinal)) {
+        return;
+      }
+    }
+
+    int prevVal = this.collisionMap.addLabel(label, hash, ordinal);
+    if (prevVal != ordinal) {
+      throw new IllegalArgumentException("Label already exists: " +
+          label.toString('/') + " prev ordinal " + prevVal);
+    }
+  }
+
+  @Override
+  public void addLabel(CategoryPath label, int prefixLen, int ordinal) {
+    if (this.collisionMap.size() > this.threshold) {
+      grow();
+    }
+
+    int hash = CompactLabelToOrdinal.stringHashCode(label, prefixLen);
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      if (addLabel(this.hashArrays[i], label, prefixLen, hash, ordinal)) {
+        return;
+      }
+    }
+
+    int prevVal = this.collisionMap.addLabel(label, prefixLen, hash, ordinal);
+    if (prevVal != ordinal) {
+      throw new IllegalArgumentException("Label already exists: " +
+          label.toString('/', prefixLen) + " prev ordinal " + prevVal);
+    }
+  }
+
+  @Override
+  public int getOrdinal(CategoryPath label) {
+    if (label == null) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    int hash = CompactLabelToOrdinal.stringHashCode(label);
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      int ord = getOrdinal(this.hashArrays[i], label, hash);
+      if (ord != Collision) {
+        return ord;
+      }
+    }
+
+    return this.collisionMap.get(label, hash);
+  }
+
+  @Override
+  public int getOrdinal(CategoryPath label, int prefixLen) {
+    if (label == null) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    int hash = CompactLabelToOrdinal.stringHashCode(label, prefixLen);
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      int ord = getOrdinal(this.hashArrays[i], label, prefixLen, hash);
+      if (ord != Collision) {
+        return ord;
+      }
+    }
+
+    return this.collisionMap.get(label, prefixLen, hash);
+  }
+
+  private void grow() {
+    HashArray temp = this.hashArrays[this.hashArrays.length - 1];
+
+    for (int i = this.hashArrays.length - 1; i > 0; i--) {
+      this.hashArrays[i] = this.hashArrays[i - 1];
+    }
+
+    this.capacity *= 2;
+    this.hashArrays[0] = new HashArray(this.capacity);
+
+    for (int i = 1; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      int[] sourceOffsetArray = this.hashArrays[i].offsets;
+      int[] sourceCidsArray = this.hashArrays[i].cids;
+
+      for (int k = 0; k < sourceOffsetArray.length; k++) {
+
+        for (int j = 0; j < i && sourceOffsetArray[k] != 0; j++) {
+          int[] targetOffsetArray = this.hashArrays[j].offsets;
+          int[] targetCidsArray = this.hashArrays[j].cids;
+
+          int newIndex = indexFor(stringHashCode(
+              this.labelRepository, sourceOffsetArray[k]),
+              targetOffsetArray.length);
+          if (targetOffsetArray[newIndex] == 0) {
+            targetOffsetArray[newIndex] = sourceOffsetArray[k];
+            targetCidsArray[newIndex] = sourceCidsArray[k];
+            sourceOffsetArray[k] = 0;
+          }
+        }
+      }
+    }
+
+    for (int i = 0; i < temp.offsets.length; i++) {
+      int offset = temp.offsets[i];
+      if (offset > 0) {
+        int hash = stringHashCode(this.labelRepository, offset);
+        addLabelOffset(hash, temp.cids[i], offset);
+      }
+    }
+
+    CollisionMap oldCollisionMap = this.collisionMap;
+    this.collisionMap = new CollisionMap(oldCollisionMap.capacity(),
+        this.labelRepository);
+    this.threshold = (int) (this.capacity * this.loadFactor);
+
+    Iterator<CollisionMap.Entry> it = oldCollisionMap.entryIterator();
+    while (it.hasNext()) {
+      CollisionMap.Entry e = it.next();
+      addLabelOffset(stringHashCode(this.labelRepository, e.offset),
+          e.cid, e.offset);
+    }
+  }
+
+  private boolean addLabel(HashArray a, CategoryPath label, int hash,
+                            int ordinal) {
+    int index = CompactLabelToOrdinal.indexFor(hash, a.offsets.length);
+    int offset = a.offsets[index];
+
+    if (offset == 0) {
+      a.offsets[index] = this.labelRepository.length();
+      try {
+        label.serializeAppendTo(this.labelRepository);
+      } catch (IOException e) {
+        // can't happen - LabelRepository.append() never throws an
+        // exception
+      }
+      a.cids[index] = ordinal;
+      return true;
+    }
+
+    return false;
+  }
+
+  private boolean addLabel(HashArray a, CategoryPath label, int prefixLen,
+                            int hash, int ordinal) {
+    int index = CompactLabelToOrdinal.indexFor(hash, a.offsets.length);
+    int offset = a.offsets[index];
+
+    if (offset == 0) {
+      a.offsets[index] = this.labelRepository.length();
+      try {
+        label.serializeAppendTo(prefixLen, this.labelRepository);
+      } catch (IOException e) {
+        // can't happen - LabelRepository.append() never throws an
+        // exception
+      }
+      a.cids[index] = ordinal;
+      return true;
+    }
+
+    return false;
+  }
+
+  private void addLabelOffset(int hash, int cid, int knownOffset) {
+    for (int i = 0; i < this.hashArrays.length; i++) {
+      if (addLabelOffsetToHashArray(this.hashArrays[i], hash, cid,
+          knownOffset)) {
+        return;
+      }
+    }
+
+    this.collisionMap.addLabelOffset(hash, knownOffset, cid);
+
+    if (this.collisionMap.size() > this.threshold) {
+      grow();
+    }
+  }
+
+  private boolean addLabelOffsetToHashArray(HashArray a, int hash, int ordinal,
+                                            int knownOffset) {
+
+    int index = CompactLabelToOrdinal.indexFor(hash, a.offsets.length);
+    int offset = a.offsets[index];
+
+    if (offset == 0) {
+      a.offsets[index] = knownOffset;
+      a.cids[index] = ordinal;
+      return true;
+    }
+
+    return false;
+  }
+
+  private int getOrdinal(HashArray a, CategoryPath label, int hash) {
+    if (label == null) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    int index = CompactLabelToOrdinal.indexFor(hash, a.offsets.length);
+    int offset = a.offsets[index];
+    if (offset == 0) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    if (label.equalsToSerialized(labelRepository, offset)) {
+      return a.cids[index];
+    }
+
+    return Collision;
+  }
+
+  private int getOrdinal(HashArray a, CategoryPath label, int prefixLen, int hash) {
+    if (label == null) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    int index = CompactLabelToOrdinal.indexFor(hash, a.offsets.length);
+    int offset = a.offsets[index];
+    if (offset == 0) {
+      return LabelToOrdinal.InvalidOrdinal;
+    }
+
+    if (label.equalsToSerialized(prefixLen, labelRepository, offset)) {
+      return a.cids[index];
+    }
+
+    return Collision;
+  }
+
+  /**
+   * Returns index for hash code h.
+   */
+  static int indexFor(int h, int length) {
+    return h & (length - 1);
+  }
+
+  // static int stringHashCode(String label) {
+  // int len = label.length();
+  // int hash = 0;
+  // int i;
+  // for (i = 0; i < len; ++i)
+  // hash = 33 * hash + label.charAt(i);
+  //
+  // hash = hash ^ ((hash >>> 20) ^ (hash >>> 12));
+  // hash = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);
+  //
+  // return hash;
+  //
+  // }
+
+  static int stringHashCode(CategoryPath label) {
+    int hash = label.hashCode();
+
+    hash = hash ^ ((hash >>> 20) ^ (hash >>> 12));
+    hash = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);
+
+    return hash;
+
+  }
+
+  static int stringHashCode(CategoryPath label, int prefixLen) {
+    int hash = label.hashCode(prefixLen);
+
+    hash = hash ^ ((hash >>> 20) ^ (hash >>> 12));
+    hash = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);
+
+    return hash;
+
+  }
+
+  static int stringHashCode(CharBlockArray labelRepository, int offset) {
+    int hash = CategoryPath.hashCodeOfSerialized(labelRepository, offset);
+
+    hash = hash ^ ((hash >>> 20) ^ (hash >>> 12));
+    hash = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);
+
+    return hash;
+  }
+
+  // public static boolean equals(CharSequence label, CharBlockArray array,
+  // int offset) {
+  // // CONTINUE HERE
+  // int len = label.length();
+  // int bi = array.blockIndex(offset);
+  // CharBlockArray.Block b = array.blocks.get(bi);
+  // int index = array.indexInBlock(offset);
+  //
+  // for (int i = 0; i < len; i++) {
+  // if (label.charAt(i) != b.chars[index]) {
+  // return false;
+  // }
+  // index++;
+  // if (index == b.length) {
+  // b = array.blocks.get(++bi);
+  // index = 0;
+  // }
+  // }
+  //
+  // return b.chars[index] == TerminatorChar;
+  // }
+
+  /**
+   * Returns an estimate of the amount of memory used by this table. Called only in
+   * this package. Memory is consumed mainly by three structures: the hash arrays,
+   * label repository and collision map.
+   */
+  int getMemoryUsage() {
+    int memoryUsage = 0;
+    if (this.hashArrays != null) {
+      // HashArray capacity is instance-specific.
+      for (HashArray ha : this.hashArrays) {
+        // Each has 2 capacity-length arrays of ints.
+        memoryUsage += ( ha.capacity * 2 * 4 ) + 4;
+      }
+    }
+    if (this.labelRepository != null) {
+      // All blocks are the same size.
+      int blockSize = this.labelRepository.blockSize;
+      // Each block has room for blockSize UTF-16 chars.
+      int actualBlockSize = ( blockSize * 2 ) + 4;
+      memoryUsage += this.labelRepository.blocks.size() * actualBlockSize; 
+      memoryUsage += 8;   // Two int values for array as a whole.
+    }
+    if (this.collisionMap != null) {
+      memoryUsage += this.collisionMap.getMemoryUsage();
+    }
+    return memoryUsage;
+  }
+
+  /**
+   * Opens the file and reloads the CompactLabelToOrdinal. The file it expects
+   * is generated from the {@link #flush()} command.
+   */
+  static CompactLabelToOrdinal open(File file, float loadFactor,
+                                    int numHashArrays) throws IOException {
+    /**
+     * Part of the file is the labelRepository, which needs to be rehashed
+     * and label offsets re-added to the object. I am unsure as to why we
+     * can't just store these off in the file as well, but in keeping with
+     * the spirit of the original code, I did it this way. (ssuppe)
+     */
+    CompactLabelToOrdinal l2o = new CompactLabelToOrdinal();
+    l2o.loadFactor = loadFactor;
+    l2o.hashArrays = new HashArray[numHashArrays];
+
+    DataInputStream dis = null;
+    try {
+      dis = new DataInputStream(new BufferedInputStream(
+          new FileInputStream(file)));
+
+      // TaxiReader needs to load the "counter" or occupancy (L2O) to know
+      // the next unique facet. we used to load the delimiter too, but
+      // never used it.
+      l2o.counter = dis.readInt();
+
+      l2o.capacity = determineCapacity((int) Math.pow(2,
+          l2o.hashArrays.length), l2o.counter);
+      l2o.init();
+
+      // now read the chars
+      l2o.labelRepository = CharBlockArray.open(dis);
+
+      l2o.collisionMap = new CollisionMap(l2o.labelRepository);
+
+      // Calculate hash on the fly based on how CategoryPath hashes
+      // itself. Maybe in the future we can call some static based methods
+      // in CategoryPath so that this doesn't break again? I don't like
+      // having code in two different places...
+      int cid = 0;
+      // Skip the initial offset, it's the CategoryPath(0,0), which isn't
+      // a hashed value.
+      int offset = 1;
+      int lastStartOffset = offset;
+      // This loop really relies on a well-formed input (assumes pretty blindly
+      // that array offsets will work).  Since the initial file is machine 
+      // generated, I think this should be OK.
+      while (offset < l2o.labelRepository.length()) {
+        // First component is numcomponents, so we initialize the hash
+        // to this
+        int ncomponents = l2o.labelRepository.charAt(offset++);
+        int hash = ncomponents;
+        // If ncomponents is 0, then we are done?
+        if (ncomponents != 0) {
+
+          // usedchars is always the last member of the 'ends' array
+          // in serialization. Rather than rebuild the entire array,
+          // assign usedchars to the last value we read in. This will
+          // be slightly more memory efficient.
+          int usedchars = 0;
+          for (int i = 0; i < ncomponents; i++) {
+            usedchars = l2o.labelRepository.charAt(offset++);
+            hash = hash * 31 + usedchars;
+          }
+          // Hash the usedchars for this label
+          for (int i = 0; i < usedchars; i++) {
+            hash = hash * 31 + l2o.labelRepository.charAt(offset++);
+          }
+        }
+        // Now that we've hashed the components of the label, do the
+        // final part of the hash algorithm.
+        hash = hash ^ ((hash >>> 20) ^ (hash >>> 12));
+        hash = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);
+        // Add the label, and let's keep going
+        l2o.addLabelOffset(hash, cid, lastStartOffset);
+        cid++;
+        lastStartOffset = offset;
+      }
+
+    } catch (ClassNotFoundException cnfe) {
+      throw new IOException("Invalid file format. Cannot deserialize.");
+    } finally {
+      if (dis != null) {
+        dis.close();
+      }
+    }
+
+    l2o.threshold = (int) (l2o.loadFactor * l2o.capacity);
+    return l2o;
+
+  }
+
+  void flush(File file) throws IOException {
+    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
+
+    try {
+      BufferedOutputStream os = new BufferedOutputStream(fos);
+
+      DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
+      dos.writeInt(this.counter);
+
+      // write the labelRepository
+      this.labelRepository.flush(dos);
+
+      // Closes the data output stream
+      dos.close();
+
+    } finally {
+      fos.close();
+    }
+  }
+
+  private static final class HashArray {
+    int[] offsets;
+    int[] cids;
+
+    int capacity;
+
+    HashArray(int c) {
+      this.capacity = c;
+      this.offsets = new int[this.capacity];
+      this.cids = new int[this.capacity];
+    }
+  }
+}