C ++的簡單多線程混淆

Question

我正在Qt開發一個C++應用程序。 我有一個非常基本的疑問，請原諒我，如果這太愚蠢了......

我應該創建多少個線程來將任務划分到最短時間內？

我問這個是因為我的筆記本電腦是第三代i5處理器（3210米）。 因此它是雙核和NO_OF_PROCESSORS 環境變量顯示我4 。 我在一篇文章中讀到，應用程序的動態內存僅適用於啟動該應用程序的處理器。 那么我應該只創建一個線程（因為env變量說4個處理器）或2個線程（因為我的處理器是雙核和env變量可能暗示核心數）或4個線程（如果那篇文章錯誤）？ 請原諒我，因為我是初學級程序員，試圖學習Qt。 謝謝 ：）

Answer 1

雖然超線程有點謊言（你被告知你有4個內核，但你真的只有2個內核，另外兩個只能運行前兩個不使用的資源，如果有這樣的話），正確的做法是使用NO_OF_PROCESSORS告訴你的盡可能多的線程 。

請注意，英特爾並不是唯一一個對你說謊的人，在最近的AMD處理器中，你有6個所謂的“真正”內核更糟糕，但實際上只有4個，其中有資源共享。

但是，大多數時候，它或多或少都有效。 即使沒有明確地阻塞線程（在等待函數或阻塞讀取上），也總是存在一個核心停滯的點，例如由於高速緩存未命中而訪問內存，這會釋放出可供資源使用的資源。超線程核心。

因此，如果你有很多工作要做，並且可以很好地並行化，那么你應該擁有與廣告核心一樣多的工作者（無論它們是“真實的”還是“超級的”）。 這樣，您可以最大限度地利用可用的處理器資源。

理想情況下，可以在應用程序啟動時盡早創建工作線程，並有一個任務隊列將任務交給工作人員。 由於同步通常是不可忽略的，因此任務隊列應該相當“粗略”。 在最大核心使用和同步開銷方面存在權衡。

例如，如果要處理的數組中有1000萬個元素，則可以推送引用100,000或200,000個連續元素的任務（您不希望推送1000萬個任務！）。 這樣，你可以確保平均沒有核心保持空閑狀態（如果一個核心提前完成，它會拉動另一個任務而不是什么都不做）而你只有一百個左右的同步，其開銷或多或少都是可忽略不計的。

如果任務涉及文件/套接字讀取或其他可能無限期阻塞的事情，則產生另外1-2個線程通常沒有錯誤（需要一些實驗）。

Answer 2

這完全取決於您的工作負載，如果您的工作負載非常大，那么您應該更接近您的cpu所具有的線程數（在您的情況下為4個 - 2個內核* 2用於超線程）。 一個小的超額訂閱也可能是正常的，因為這可以補償你的一個線程等待鎖或其他東西的時間。
另一方面，如果您的應用程序不依賴於CPU並且大部分都在等待，您甚至可以創建比您的cpu計數更多的線程。 但是你應該注意到線程創建可能是一個很大的開銷。 唯一的解決方案是衡量您的瓶頸是否在這個方向上進行優化。

另請注意，如果您使用的是c ++ 11，則可以使用std::thread::hardware_concurrency來獲取一種可移植的方法來確定您擁有的cpu核心數。

關於動態內存的問題，你必須在那里誤解了一些東西。一般來說，你創建的所有線程都可以訪問你在應用程序中創建的內存。 此外，這與C ++無關，並且超出了C ++標准的范圍。

Answer 3

NO_OF_PROCESSORS顯示4，因為您的CPU具有超線程。 超線程是英特爾的技術商標，它使單個內核能夠或多或少地同時執行同一應用程序的2個線程。 只要例如一個線程正在獲取數據而另一個線程正在訪問ALU，它就可以工作。 如果兩者都需要相同的資源並且指令無法重新排序，則一個線程將停止。 這就是你看到4個核心的原因，即使你有2個核心。

那個動態內存只適用於其中一個Core是IMO不太正確，但注冊內容有時緩存內容是。 駐留在RAM中的所有內容都應該可供所有CPU使用。

比CPU更多的線程可以提供幫助，具體取決於操作系統調度程序的工作方式/訪問數據的方式等。要找到您必須對代碼進行基准測試。 其他一切都只是猜測。

除此之外，如果你想學習Qt，這可能不是正確的擔心...

編輯：

回答你的問題：如果增加線程數，我們無法告訴你程序運行速度會慢多少。 根據你正在做的事情，這將改變。 如果您正在等待來自網絡的響應，則可以更多地增加線程數。 如果您的線程都使用相同的硬件，則4個線程的性能可能不會超過1.最好的方法是簡單地對代碼進行基准測試。

在一個理想的世界中，如果你只是'處理'，如果你有4個或8個線程運行，那么數字應該沒有區別，凈時間應該是相同的（忽略上下文切換的時間等），只是響應時間會有所不同。 事情是沒有什么是理想的，我們有緩存，你的CPU都通過同一總線訪問相同的內存，所以最終他們爭奪資源的訪問權限。 然后，您還有一個操作系統可能會或可能不會在給定時間安排線程/進程。

您還要求解釋同步開銷：如果所有線程都訪問相同的數據結構，則必須執行某些鎖定等操作，以便在更新時沒有線程訪問處於無效狀態的數據。

假設你有兩個線程，都做同樣的事情：

int sum = 0; // global variable

thread() {
    int i = sum;
    i += 1;
    sum = i;
}

如果同時啟動兩個線程執行此操作，則無法可靠地預測輸出：可能會發生如下情況：

THREAD A : i = sum; // i = 0
           i += 1;  // i = 1
**context switch**
THREAD B : i = sum; // i = 0
           i += 1;  // i = 1
           sum = i; // sum = 1
**context switch**
THREAD A : sum = i; // sum = 1

最后sum是1 ，而不是2即使你開始兩次線程。 為避免這種情況，您必須同步對sum （共享數據）的訪問。 通常，只要需要阻止訪問sum ，就可以這樣做。 同步開銷是線程在資源再次解鎖之前等待的時間，什么都不做。

如果每個線程都有離散的工作包而沒有共享資源，則應該沒有同步開銷。

Answer 4

開始在Qt中的線程之間划分工作的最簡單方法是使用Qt Concurrent框架。 示例：您要對QList中的每個項執行一些操作（非常常見）。

void operation( ItemType & item )
{
  // do work on item, changing it in place
}

QList<ItemType> seq;  // populate your list

// apply operation to every member of seq
QFuture<void> future = QtConcurrent::map( seq, operation );
// if you want to wait until all operations are complete before you move on...
future.waitForFinished();

Qt自動處理線程......無需擔心它。 QFuture文檔描述了如何在需要時使用信號和插槽非對稱地處理map完成。