單核中的多執行緒與異步編程-有解無憂

如果實時 CPU 一次只執行一項任務，那么多執行緒與單處理器系統中的異步編程（就效率而言）有何不同？

例如，我們必須從 1 數到 IntegerMax。在我的多核機器的以下程式中，兩執行緒最終計數幾乎是單執行緒計數的一半。如果我們在單核機器上運行它會怎樣？有什么辦法可以達到同樣的結果嗎？

class Demonstration {
    public static void main( String args[] ) throws InterruptedException {
        SumUpExample.runTest();
    }
}

class SumUpExample {

    long startRange;
    long endRange;
    long counter = 0;
    static long MAX_NUM = Integer.MAX_VALUE;

    public SumUpExample(long startRange, long endRange) {
        this.startRange = startRange;
        this.endRange = endRange;
    }

    public void add() {

        for (long i = startRange; i <= endRange; i  ) {
            counter  = i;
        }
    }

    static public void twoThreads() throws InterruptedException {

        long start = System.currentTimeMillis();
        SumUpExample s1 = new SumUpExample(1, MAX_NUM / 2);
        SumUpExample s2 = new SumUpExample(1   (MAX_NUM / 2), MAX_NUM);

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            s1.add();
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            s2.add();
        });

        t1.start();
        t2.start();
        
        t1.join();
        t2.join();

        long finalCount = s1.counter   s2.counter;
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Two threads final count = "   finalCount   " took "   (end - start));
    }

    static public void oneThread() {

        long start = System.currentTimeMillis();
        SumUpExample s = new SumUpExample(1, MAX_NUM );
        s.add();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Single thread final count = "   s.counter   " took "   (end - start));
    }


    public static void runTest() throws InterruptedException {

        oneThread();
        twoThreads();

    }
}

輸出：

Single thread final count = 2305843008139952128 took 1003
Two threads final count = 2305843008139952128 took 540

uj5u.com熱心網友回復：

對于純粹受 CPU 限制的操作，您是正確的。大多數 (99.9999%) 的程式需要進行輸入、輸出和呼叫其他服務。這些比 CPU 慢幾個數量級，因此在等待外部操作的結果時，作業系統可以在時間片中調度和運行其他（許多其他）行程。

硬體多執行緒主要在滿足 2 個條件時受益：

CPU 密集型操作；
可以有效地劃分為獨立的子集

或者您有許多不同的任務要運行，這些任務可以有效地分配給多個硬體處理器。

uj5u.com熱心網友回復：

在我的多核機器的以下程式中，兩執行緒最終計數幾乎是單執行緒計數的一半。

當應用程式使用兩個內核時，這就是我對有效基準的期望。

但是，查看您的代碼，我對您獲得這些結果感到有些驚訝……如此可靠。

您的基準測驗沒有考慮 JVM 預熱效果，尤其是 JIT 編譯。
您的基準測驗add方法可能會被 JIT 編譯器優化以完全擺脫回圈。（但至少計數被“使用”......通過列印出來。）

我想你很幸運……但我不相信這些結果對于所有版本的 Java 都可以重現，或者如果你調整了基準。

請閱讀這個：

如何在 Java 中撰寫正確的微基準測驗？

如果我們在單核機器上運行它會怎樣？

假設如下：

您重寫了基準以更正上述缺陷。
您在硬體??超執行緒¹已禁用²的系統上運行。

然后......我希望它需要兩個執行緒的時間是一個執行緒版本的兩倍多。

問：為什么是“超過”？

A：因為啟動一個新執行緒有很大的開銷。根據您的硬體、作業系統和 Java 版本，它可能超過一毫秒。當然，如果您反復使用和丟棄執行緒，所花費的時間會很長。

有什么辦法可以達到同樣的結果嗎？

不知道你在這里問什么。但是，如果您要問如何在多核機器上模擬一個核的行為，您可能需要在作業系統級別執行此操作。見https://superuser.com/questions/309617用于Windows和https://askubuntu.com/questions/483824的Linux版本。

^{1 -超執行緒是一種硬體優化，其中單核的處理硬體支持（通常）兩個超執行緒。每個超執行緒都有自己的暫存器組，但它與另一個超執行緒共享功能單元，例如 ALU。因此，這兩個超執行緒的行為（通常）類似于兩個內核，只是它們可能會更慢，具體取決于精確的指令組合。一個典型的作業系統將對待，就好像它是一個普通的核心超執行緒。超執行緒通常在啟動時啟用/禁用；例如，通過 BIOS 設定。

2 - 如果啟用了超執行緒，那么在像這樣的 CPU 密集型計算中，兩個 Java 執行緒的速度可能不會比一個快兩倍……這是由于各個內核上的“另一個”超執行緒可能導致速度變慢。有人提到基準測驗很復雜嗎？}

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/ruanti/340831.html

標籤：爪哇多线程异步并发操作系统

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