多线程程序比单线程花费更长的时间（Java）

Question

我必须编写一个程序来读取文件中的所有单词并确定每个单词的使用次数。 我的任务是使用多线程来加快运行时间，但单线程程序比多线程程序运行得更快。 我已经尝试研究解决方案，但很多解释只会让我更加困惑。 我对使用线程非常陌生，想知道是否有人可以指出我修复代码的正确方向，以便创建线程的开销不会导致程序运行速度比单线程慢。

public class Main 
{
final static int THREADS = 4;
static HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
static List<String> file = new ArrayList<String>();
static String filename = "D:\\yes.txt";
static int count;




public static void main(String args[]) throws Exception
{
    long startTime = System.nanoTime();
    Monitor m = new Monitor();
    final Queue<String> dataQueue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

    try ( Scanner in = new Scanner(new File(filename))) 
    {
                while ( in.hasNext() ) 
                {
                    dataQueue.add( in.next() );
                }
    }
    catch ( IOException e ) 
    {
        e.printStackTrace();
    }


    Thread T1 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T2 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T3 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T4 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));

    T1.start();
    T2.start();
    T3.start();
    T4.start();


     //wait for threads to end
       try {
       T1.join();
       T2.join();
       T3.join();
       T4.join();
    } catch ( Exception e) {
       System.out.println("Interrupted");
    }   

    Set<String> keys = map.keySet();
    for (String key : keys) 
    {
        System.out.println(key);
        System.out.println(map.get(key));
    }
    long endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("Thread Took "+((endTime - startTime)/100000) + " ms");


}
}

public class WordCount implements Runnable
{

    private Monitor m;
    private Queue<String> dataQueue;
    private HashMap<String, Integer> map;

    public WordCount(Monitor m, HashMap<String, Integer> map,Queue<String> dataQueue)
    {
        this.m = m;
        this.dataQueue = dataQueue;
        this.map = map;
    }

    @Override public void run()
    {
        while ( !dataQueue.isEmpty() ) 
        {
            String line = dataQueue.poll();
            m.keySet(map, line);
        }
    }   
}

public class Monitor 
{
    public synchronized void keySet(HashMap<String, Integer> map, String word) 
    {
        String[] words = filterIllegalTokens(word );
        String[] lowerCaseWords = mapToLowerCase( words );
         for ( String s : lowerCaseWords ) {


        if (map.containsKey(s)) 
        {
            map.put(s, map.get(s) + 1);

        } 
        else 
        {
            map.put(s, 1);
        }
         }
    }
    public  String[] filterIllegalTokens(String words)
    {
        List<String> filteredList = new ArrayList<>();

        if ( words.matches( "[a-zA-Z]+" ) ) {
                filteredList.add( words );
            }

        return filteredList.toArray( new String[filteredList.size()] );
    }
    public  String[] mapToLowerCase( String[] words )
    {
        String[] filteredList = new String[words.length];
        for ( int i = 0; i < words.length; i++ ) {
            filteredList[i] = words[i].toLowerCase();
        }
        return filteredList;
    }
}

这是我的三个班级。 任何提示或建议？

Answer 1

根据经验，操作系统需要一个 CPU 内核，其他内核可用于程序。 因此，您至少需要 5 个 CPU 内核才能获得最佳性能。

创建这几个线程的开销并不重要。 当您在几毫秒内启动数十个线程时，这将变得更加相关。

您代码中的主要问题是您访问共享内存区域中的数据占总时间的 90%。 在这种情况下，我们讨论的是ConcurrentLinkedQueue和同步的Monitor.keySet()方法。 当一个线程访问这些对象时，其他 3 个线程必须等待。 当您长时间运行程序时，您可能会注意到只使用了总 CPU 能力的一小部分。

为了提高性能，我建议在启动线程之前将作业队列拆分为 4 个数据包，这样每个线程就可以处理自己的数据包而无需等待其他线程。 此外，每个线程都应将其结果收集在一个单独的容器中。 然后最后（线程完成后），您可以合并四个结果。

如果您的工作线程更复杂，那么您的问题就不那么难了。 例如，如果对容器的访问只需要总时间的 10%（而某些计算需要 90%），那么线程同步的开销也会少得多 - 相对于总执行时间。