multithreading - 多线程应用程序实际上会比单线程应用程序更快吗？

Question

一切都完全是理论上的，这个问题刚刚浮现在脑海中，我不完全确定答案是什么:

假设您有一个计算 4 个独立计算的应用程序。 (完全独立，不管你按什么顺序做，也不需要一个来计算另一个)。
还假设这些计算很长(分钟)并且受 CPU 限制(不等待任何类型的 IO)

1) 现在，如果您有 1个处理器在计算机上，单线程应用程序在逻辑上将比(或相同)多线程应用程序更快。由于计算机一次不能用一个处理器做多于一件事，它会在上下文切换等方面“浪费”时间。
到现在为止还挺好？

2) 如果您有 4处理器计算机，4 个线程很可能比单线程更快。对？您的计算机现在可以一次执行 4 个操作，因此将您的应用程序划分为 4 个线程是合乎逻辑的，并且它应该以 4 个计算中最长的时间完成。
到现在还好吗？

3)现在我很困惑的实际部分 - 为什么我的应用程序会创建比可用处理器数量(实际上是核心)更多的线程？我已经编写了程序并且看到了创建数十个和数百个线程的应用程序，但实际上 - 对于一台普通计算机来说，完美的数字大约是 8？

附言我已经读过这个:Threading vs single thread
但没有安静地回答这个问题。

干杯

Answer 1

Why would I EVER have my application create more threads than the number of processors (well actually - cores) available?

一个很好的理由是如果您有等待事件的线程。例如，您可能有一个生产者/消费者应用程序，其中生产者正在从某个数据流中读取数据，并且该数据以突发形式到达:一批中的数百(或数千)条记录，然后有一段时间没有任何记录，然后是另一个爆裂。假设您有一台 4 核机器。您可以有一个读取数据并将其放入队列的生产者线程，以及处理队列的三个消费者线程。

或者，您可以有一个生产者线程和四个消费者线程。大多数时候，生产者线程是空闲的，给你四个消费者线程来处理队列中的项目。但是，当数据流上有可用的项目时，其中一个消费者线程会被换出以支持生产者。

这是一个简化的示例，但与我在生产中的程序基本相似。

更一般地说，创建比处理单元更多的连续工作(即受 CPU 限制)线程(通常是 CPU 内核，尽管超线程的存在使水有点困惑)是没有任何意义的。如果您知道您的线程不会等待外部事件，那么使用 n+1只有 n 时的线程内核最终会浪费时间进行线程上下文切换。请注意，这完全是在您的程序的上下文中。如果有其他应用程序和操作系统服务正在运行，您的应用程序的线程将不时换出，以便那些其他应用程序和服务可以获得时间片。但是有人假设，如果您正在运行 CPU 密集型程序，您将限制同时运行的其他应用程序和服务。

当然，最好的选择是设置测试。在 4 核机器上，使用 1、2、3、4、5……线程测试您的应用程序。 Time 完成不同数量的线程所需的时间。我想你会发现在 4 核机器上，最佳点是 3 或 4；最有可能是 4，除非有其他需要大量 CPU 的应用程序或操作系统服务。