为什么多线程会在这里表现更差？

Question

我通过bitarray设置枚举每秒都为false。

现在我想通过分割它分成两个线程。对于一些奇怪的原因，不过，每个线程来完成工作的半量需要更多的64％的时间的时间加快这，我不知道为什么？

这可能是由于某种CPU缓存效应？ 我该怎么做呢？

我以前用lambda表达式尝试了8个线程，但它总是大约1400毫秒，但是在单线程中我常常得到850毫秒。 此外，当我让一个线程完成所有工作时，我花了830毫秒。 我只是不明白，有人知道这里的原因吗？

码：

    class Program
    {
        static int count = 0x10000000;
        static int half = count / 2;
        static BitArray bitArray = new BitArray(count);

        static unsafe void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

#if SINGLE
            for (int i = 0; i < bitArray.Count; i += 2)
                bitArray.Set(i, true);
#else
            Thread thread1 = new Thread(Thread1);
            Thread thread2 = new Thread(Thread2);
            thread1.Start();
            thread2.Start();
            thread1.Join();
            thread2.Join();
#endif
            sw.Stop();

            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
            Console.ReadLine();
        }

        static void Thread1()
        {
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < half; i += 2)
                bitArray.Set(i, true);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("Thread1: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
        }

        static void Thread2()
        {
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = half; i < count; i += 2)
                bitArray.Set(i, true);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("Thread2: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
        }
    }

Answer 1

BitArray不是一个线程安全的类。 你不应该这样使用它。 事实上，除了正确性之外，这很可能是缓慢的原因。 原因如下：

如果你查看BitArray的源代码，它包含一个int version字段，它在每次操作时都会更新，特别是你调用的Set() 。

这意味着每个线程不断更新相同的内存位置，这是一个巨大的性能杀手，因为所有内核在访问此位置时都必须进行通信和同步。 在这种情况下，多线程解决方案的性能比单核解决方案更差，这是完全合理的。

Answer 2

因为线程并不像看起来那么容易。

首先，正如文档所述 ，BitArrays不是线程安全的。 这意味着当多个线程同时使用时，它们可能并且将会出现不可预测的行为。

至于性能损失，可能是由于你的两个线程导致的总线流量增加，试图同时修改相同的内存位置，不断地使彼此的缓存无效。

即使您认为您的线程没有修改相同的位置，也可能不是这样。 例如，BitArray有一个Count属性。 每次将位设置为1时，线程很可能会修改一个计数器变量，即支持Count属性。 由于竞争条件和陈旧值，这种并发修改是危险的，并且可能会增加总线流量，如前所述。

问题是CPU内核的工作频率为2-3GHz，而RAM和内存总线的工作频率为1Ghz。 ram速度慢得多，RAM访问需要大约100个CPU周期。 如果打破CPU的缓存机制，很明显性能会下降。

编辑：更不用说线程创建和加入涉及很大的开销。 如果你的工作是830ms一次性。 您不太可能通过多线程获得重大改进。 您还应该尝试去除线程中的Stopwatches，因为它们也是开销。

Answer 3

我修改了您的代码，以便测试运行10次并报告结果。 使用您的代码，我看到单线程与多线程测试的相似时序（每个线程大约需要1200毫秒）。

但是，正如其他人所说的那样，不能保证从多个线程使用单个BitArray不会导致线程之间发生争用。

通过为每个线程提供自己的BitArray而不是使用共享的静态BitArray，可以最简单地证明这一点。 通过这种方法，我通常会看到每个线程大约需要450毫秒，尽管偶尔会看到更长的时间：

Thread2: 415
Thread1: 420
447
Thread2: 414
Thread1: 420
496
Thread1: 1185
Thread2: 1198
1249
Thread1: 417
Thread2: 421
455
Thread1: 420
Thread2: 415
455
Thread2: 413
Thread1: 417
491
Thread2: 413
Thread1: 417
508
Thread2: 417
Thread1: 441
526
Thread1: 420
Thread2: 415
465
Thread1: 940
Thread2: 1005
1087

最终我认为这表明：

• 尽管代码设计，但线程之间的BitArray仍然存在争用效应
• 即使每个线程都有单独的位数组，代码的时序仍然存在“随机”效应，这表明通过这样的微基准测试，您总是能够有效地进行基准测试，而不仅仅是您编写的代码。 您还可以使用GC，CPU缓存，上下文切换，核心跳跃，秒表不准确等等。
• 如果您尝试编写的代码的真正目的是尽可能快地填充位数组，那么您可能希望更接近线路，更多手动方法，可能使用其他语言。