C# 多线程没有使用足够的 cpu

Question

我正在尝试加速我用 C# 编写的算法。我想到的第一件事就是让它平行。

该算法必须运行大量(~数百万)个二维段，每个段都独立于其他段。

代码如下:`

    private void DoMapping(Segment[] image, CancellationToken ct, int numTasks = 3)   
    {
        long time = Environment.TickCount;
        LaserOutput = new List<Vector3[]>();
        NormalsOutput = new List<Vector3>();
        Task< Tuple < List<Vector3[]>, List < Vector3 >>>[] tasks = new Task<Tuple<List<Vector3[]>, List<Vector3>>>[numTasks];

        int perTaskSegments = image.Length / numTasks;

        for (int taskIndex = 0; taskIndex < tasks.Length; taskIndex++)
        {

            int nseg = perTaskSegments * (taskIndex + 1) + (taskIndex == tasks.Length - 1 ? image.Length % tasks.Length : 0);
            int from = perTaskSegments * taskIndex;
            Tuple<int, int, Segment[], CancellationToken> obj = new Tuple<int, int, Segment[], CancellationToken>(from, nseg, image, ct);
            tasks[taskIndex] = Task.Factory.StartNew(DoComputationsAction, obj, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.LongRunning, TaskScheduler.Default);
        }

        Task.WaitAll(tasks);

        for (int taskIndex = 0; taskIndex < tasks.Length; taskIndex++)
        {
            LaserOutput.AddRange(tasks[taskIndex].Result.Item1);
            NormalsOutput.AddRange(tasks[taskIndex].Result.Item2);
        }
    }

    private Tuple<List<Vector3[]>, List<Vector3>> DoComputationsAction(object obj)
    {
        Tuple<int, int, Segment[], CancellationToken> parm = obj as Tuple<int, int, Segment[], CancellationToken>;
        List<Vector3[]> tmpLaser = new List<Vector3[]>();
        List<Vector3> tmpNormals = new List<Vector3>();

        bool errorOccured = false;
        for (int segCounter = parm.Item1; segCounter < parm.Item2 && !errorOccured; segCounter++)
        {
            if (parm.Item4.IsCancellationRequested)
                break;
            try
            {
                var res = SplitOverMap(parm.Item3[segCounter], (string error) => {
                    errorOccured = true;
                    MessageBox.Show(error, "An error occured", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                    Logger.Log("An error occured while mapping data to 3d.");
                });

                if (res != null)
                {
                    tmpLaser.AddRange(res.Item1);
                    tmpNormals.AddRange(res.Item2);
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Logger.Log("An error occured while calculating 3d map. Skipping polyline." + e.Message);
            }
        }

        return new Tuple<List<Vector3[]>, List<Vector3>>(tmpLaser, tmpNormals);
    }`

在 SplitOverMap 中，执行对空间数据结构 (QTree) 的查询，然后进行一些计算。

没有锁在整个过程中被执行。 未使用磁盘。

对于可能导致 CPU 使用率仅达到 40-60 的原因，您有什么建议吗？

我也曾尝试将 num task 更改为 4、6 和 8。没有重大变化。

我正在考虑 GC，但我无法做很多事情来阻止它运行。

编辑: 通过减少一些类的内存使用，我设法稍微提高了 CPU 使用率，现在它运行在 70% 左右。

另一方面，通过提高四叉树的级别阈值，我获得了显着的性能提升。

Answer 1

因为您的段之间没有需要额外同步的依赖关系，所以我建议查看任务并行库 (TPL)。 Parallel.For 或 Parallel.ForEach 您可能会感兴趣。

要优化您现有的代码，有几种选择:

• 删除 TaskCreationOptions.LongRunning。它可能会产生新的线程，这很耗时。
• 创建您自己的任务调度程序并为底层线程提供更高的优先级。它也可以在试验 TPL 并行循环时使用。目前，您正在使用默认线程池，其他组件可能会使用/阻止该线程池。

更新:另见 lowering priority of Task.Factory.StartNew thread关于如何创建具有不同优先级的自定义任务计划程序。它工作得很好，我将它用于几个项目。另请参阅 Stephen Toub 的博客。