Linux多线程实践(7) --多线程排序对比

屏障

int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier,
                         const pthread_barrierattr_t *restrict attr,
                         unsigned count);
int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);

int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);

屏障允许任意数量的线程等待, 直到所有的线程完成处理工作, 而线程不需要退出, 所有线程达到屏障之后可以接着工作.

init:在初始化屏障时, 可以使用第三个参数count指定, 在允许所有线程继续运行之前, 必须到达屏障的线程数目.

wait:可以使用pthread_barrier_wait函数来表明, 线程已经完成工作, 准备等所有其他线程赶上来;

调用wait的线程在屏障计数未满足条件时, 会进入休眠状态. 如果该线程是最后一个调用wait的线程, 就满足了屏障计数, 所有的线程都被唤醒.

对于一个任意线程, pthread_barrier_wait函数返回了PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD. 剩下的线程看到的返回值是0. 这使得一个线程可以作为主线程, 他可以工作在其他所有线程已完成的工作结果上.

单线程与多线程排序

单线程排序

bool compare(long a, long b)
{
    return a < b;
}

#define NUMNUM 8000000L
long int nums[NUMNUM];  //待排序数组(约32M)

int main()
{
    srandom(time(NULL));
    for (unsigned long i = 0; i < NUMNUM; i++)
        nums[i] = random();

    struct timeval  start, end;
    //计时开始
    gettimeofday(&start,NULL);
    sort(nums,nums+NUMNUM,compare); //单线程排序,快速排序
    gettimeofday(&end,NULL);

    //计算用时
    long long startusec = start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec;
    long long endusec = end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec;
    double elapsed = (double)(endusec - startusec) / 1000000.0;
    printf("sort took %.4f seconds\n", elapsed);

    //将排序后的结果写入文件, 以便查看是否已经排好序
    FILE *fp = fopen("save.txt", "w+");
    for (unsigned long i = 0; i < NUMNUM; i++)
        fprintf(fp, "%ld ", nums[i]);
}

三次排序用时如下:

sort took 3.2435 seconds

sort took 3.2221 seconds

sort took 3.2134 seconds

(附-主机配置: 双核四线程(Intel(R) Core(TM) i3-2350M CPU @ 2.30GHz))

多线程排序(使用屏障同步)

#define NTHR   8                /* 线程数 */
#define NUMNUM 8000000L         /* 待排序数 */
#define TNUM   (NUMNUM/NTHR)    /* 每个线程分配到的需要排序的数 */
long nums[NUMNUM];
long snums[NUMNUM];
pthread_barrier_t b;    //屏障

bool compare(long a, long b)
{
    return a < b;
}
//排序线程
//对nums数组的从idx~idx+TNUM部分进行快速排序
void *workThread(void *arg)
{
    long    idx = (long)arg;

    sort(&nums[idx],&nums[idx+TNUM],compare);
    pthread_barrier_wait(&b);

    pthread_exit(NULL);
}

//对已经排好序数组nums的NTHR部分进行合并
void merge()
{
    long idx[NTHR];  //idx保存数组nums的NTHR部分的起始位置
    for (long i = 0; i < NTHR; i++)
        idx[i] = i * TNUM;

    for (long sidx = 0; sidx < NUMNUM; sidx++)
    {
        long minidx;
        long num = LONG_MAX;

        //从NTHR部分的数组中查找出最小的一个, 将其index保存到idx[minidx]中
        for (long i = 0; i < NTHR; i++)
        {
            //idx[i] < (i+1)*TNUM 确保是在一个部分之中,
            //不会产生两个部分相互比较的情况
            if ((idx[i] < (i+1)*TNUM) && (nums[idx[i]] < num))
            {
                num = nums[idx[i]];
                minidx = i;
            }
        }

        snums[sidx] = nums[idx[minidx]];
        idx[minidx]++;
    }
}

int main()
{
    srandom(time(NULL));
    for (unsigned long i = 0; i < NUMNUM; i++)
        nums[i] = random();

    //创建NTHR个线程分别对数组相邻的NTHR部分进行排序
    struct timeval  start, end;
    pthread_t       tid;
    gettimeofday(&start, NULL);
    pthread_barrier_init(&b, NULL, NTHR+1);
    for (unsigned long i = 0; i < NTHR; i++)
        pthread_create(&tid, NULL,workThread, (void *)(i * TNUM));
    pthread_barrier_wait(&b);
    merge();
    gettimeofday(&end, NULL);

    //计算用时
    long long startusec = start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec;
    long long endusec = end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec;
    double elapsed = (double)(endusec - startusec) / 1000000.0;
    printf("sort took %.4f seconds\n", elapsed);

    //将排序后的结果写入文件, 以便查看是否已经排好序
    FILE *fp = fopen("save.txt", "w+");
    for (unsigned long i = 0; i < NUMNUM; i++)
        fprintf(fp, "%ld ", snums[i]);
}

八线程排序:

sort took 1.5556 seconds

sort took 1.5676 seconds

sort took 1.5719 seconds

四线程排序:

sort took 1.4132 seconds

sort took 1.4315 seconds

sort took 1.4738 seconds

二线程排序:

sort took 2.0581 seconds

sort took 2.2358 seconds

sort took 1.7775 seconds

(附-主机配置: 双核四线程(Intel(R) Core(TM) i3-2350M CPU @ 2.30GHz))

总结: 可以看到尽管在分别进行排序之后还要有合并（merge）这一步，多线程排序(计算密集型任务)还是要优于单线程排序（在CPU为多核的情况下），而且在CPU为四线程下，使用四个线程对数组进行排序，所耗费时间是最少的！