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我创建了一个非常简单的场景,其中我发现了一个我无法理解的非常奇怪的行为。
在以下链接下,我创建了一个顺序实现: http://ideone.com/B8JYeA基本上有几个固定大小的大数组。该算法遍历它们并更改值。
for(int i = 0; i < numberOfCells; i++) {
h0[i] = h0[i] + 1;
h1[i] = h1[i] + 1;
h2[i] = h2[i] + 1;
h3[i] = h3[i] + 1;
h4[i] = h4[i] + 1;
}
如果我在我的工作站上运行它大约需要 5 秒。
我在并行版本中实现了相同的功能。 8 个线程同时运行它。代码应该是线程安全的,线程之间没有依赖关系。
但代码在我的工作站上运行速度仍然慢了大约 4 倍: http://ideone.com/yfwVmr
final int numberOfThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
for(int thread = 0; thread < numberOfThreads; thread++) {
final int threadId = thread;
exec.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = threadId; i < numberOfCells; i += numberOfThreads) {
h0[i] = h0[i] + 1;
h1[i] = h1[i] + 1;
h2[i] = h2[i] + 1;
h3[i] = h3[i] + 1;
h4[i] = h4[i] + 1;
}
}
});
}
exec.shutdown();
有人知道为什么会这样吗?
编辑:这个问题与其他问题不同,原因可能是缓存问题。我该如何解决这个缓存问题?
最佳答案
最大的开销是启动和停止线程所花费的时间。如果我将数组的大小从 10000 减少到 10,则需要大约相同的时间。
如果保留线程池,并为每个线程分配工作以写入本地数据集,那么在我的 6 核机器上速度会提高 4 倍。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
public class ParallelImplementationOptimised {
static final int numberOfThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
private int numberOfCells;
public ParallelImplementationOptimised(int numberOfCells) {
this.numberOfCells = numberOfCells;
}
public void update() throws ExecutionException, InterruptedException {
List<Future<?>> futures = new ArrayList<>();
for(int thread = 0; thread < numberOfThreads; thread++) {
final int threadId = thread;
futures.add(exec.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int num = numberOfCells / numberOfThreads;
double[] h0 = new double[num],
h1 = new double[num],
h2 = new double[num],
h3 = new double[num],
h4 = new double[num],
h5 = new double[num],
h6 = new double[num],
h7 = new double[num],
h8 = new double[num],
h9 = new double[num];
for (int i = 0; i < num; i++) {
h0[i] = h0[i] + 1;
h1[i] = h1[i] + 1;
h2[i] = h2[i] + 1;
h3[i] = h3[i] + 1;
h4[i] = h4[i] + 1;
h5[i] = h5[i] + 1;
h6[i] = h6[i] + 1;
h7[i] = h7[i] + 1;
h8[i] = h8[i] + 1;
h9[i] = h9[i] + 1;
}
}
}));
}
for (Future<?> future : futures) {
future.get();
}
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ParallelImplementationOptimised si = new ParallelImplementationOptimised(10);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
if(i % 1000 == 0) {
System.out.println(i);
}
si.update();
}
long stop = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Time: " + (stop - start));
si.exec.shutdown();
}
}
SequentialImplementation 3.3 秒。ParallelImplementationOptimised 0.8 秒。
您似乎在同一缓存行上写入相同的数据。这意味着数据必须通过 L3 缓存未命中传递,这比访问 L1 缓存花费的时间长 20 倍。我建议您尝试完全分开的数据结构,它们至少相隔 128 个字节,以确保您没有触及相同的缓存行。
注意:即使您打算完全覆盖整个缓存行,x64 CPU 也会首先提取缓存行的先前值。
另一个问题可能是
Why isn't this 20x slower?
获取缓存行的 CPU 核心可能有两个线程以超线程运行(即两个线程可以访问本地数据),并且该 CPU 可能会在将缓存行丢失给另一个之前绕过循环几次要求它的CPU核心。这意味着 20 倍的惩罚并非针对每次访问或每次循环,但通常足以让您获得更慢的结果。
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!