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我制作了一个在多核上计算素数的程序。(请忽略该算法并非完全有效,这里将数字 0 和 1 视为质数。目的只是练习使用线程。)
变量 taken
(接下来要测试的数字)正在 8 个线程之间共享。
问题是它可以由一个线程递增,紧接着由另一个线程递增,并在它已经递增两次(或更多次)时被它们读取,因此可以跳过一些值,这是一件坏事。
我以为它可以通过使用 std::atomic_uint
作为变量类型来解决,但我显然错了。
有什么方法可以在不需要使用 std::mutex
的情况下解决这个问题,因为我听说它会导致相当大的开销?源代码:
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <thread>
#include <atomic>
int main()
{
const uint MAX = 1000;
std::vector<bool> isPrime(MAX), done(MAX);
std::fill(done.begin(), done.end(), false);
std::atomic_uint taken{0}; //shared variable
std::vector<std::thread> threads;
auto start = std::chrono::system_clock::now();
for (uint i = 0; i < 8; ++i) {
threads.emplace_back(
[&](){
bool res;
for (uint tested; (tested = taken.fetch_add(1)) < MAX; ) { //taken should be incremented and copied atomically
res = true;
for (uint k = 2; k < tested; ++k) {
if (tested % k == 0) {
res = false;
break;
}
}
isPrime[tested] = res;
done[tested] = true;
}
}
);
}
for (auto & t : threads) {
t.join();
}
auto end = std::chrono::system_clock::now();
auto milliseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start);
uint num = std::count_if(isPrime.begin(), isPrime.end(), [](bool b){return b;});
uint nDone = std::count_if(done.begin(), done.end(), [](bool b){return !b;});
std::cout << "number: " << num << " duration: " << milliseconds.count() << '\n';
std::cout << "not done: " << nDone << '\n';
for (uint i = 0; i < MAX; ++i) { //Some numbers are always skipped
if (!done[i]) {
std::cout << i << ", ";
}
}
std::cout << '\n';
return 0;
}
代码是使用 g++
编译的,带有 -O3
和 -pthread
参数。输出:
number: 169 duration: 1
not done: 23
143, 156, 204, 206, 207, 327, 328, 332, 334, 392, 393, 396, 502, 637, 639, 671, 714, 716, 849, 934, 935, 968, 969,
每次的输出都不一样。
最佳答案
专业std::vector<bool>
将值压缩为单个位。因此,单个字节中有多个 vector 元素,即在单个内存位置中。因此,您的线程会在没有同步的情况下更新相同的内存位置,这是一种数据竞争(因此根据标准是未定义的行为)。
尝试改变std::vector<bool>
至 std::vector<char>
.
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