資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN
摘要：對(duì)多線程程序，單核與多核如何工作相關(guān)的探討我們程序員在編碼的時(shí)候，涉及到技術(shù)方案時(shí)，往往會(huì)忽略掉代碼對(duì)性能方面的影響，或者沒(méi)有足夠的敏感度來(lái)幫助自己判斷自己的技術(shù)方案對(duì)系統(tǒng)性能造成的影響。
對(duì)多線程程序，單核cpu與多核cpu如何工作相關(guān)的探討
我們程序員在編碼的時(shí)候，涉及到技術(shù)方案時(shí)，往往會(huì)忽略掉代碼對(duì)性能方面的影響，或者沒(méi)有足夠的敏感度來(lái)幫助自己判斷自己的技術(shù)方案對(duì)系統(tǒng)性能造成的影響。改進(jìn)的方式之一是，我們需要對(duì)底層系統(tǒng)的原理更了解一點(diǎn)，這樣心里才能有桿秤，知道選擇什么樣的技術(shù)去實(shí)現(xiàn)代碼，可能帶來(lái)什么樣的問(wèn)題。
這篇文章，通過(guò)收集一些論壇討論問(wèn)題，來(lái)幫助大家了解cpu對(duì)多線程的程序如何處理，性能會(huì)有什么影響和取舍，雖然內(nèi)容有些基礎(chǔ)，但往往我們最容易忽略的就是這些基礎(chǔ)。
1. 多線程在單核和多核CPU上的執(zhí)行效率問(wèn)題的討論
a1: 多線程在單cpu中其實(shí)也是順序執(zhí)行的，不過(guò)系統(tǒng)可以幫你切換那個(gè)執(zhí)行而已，其實(shí)并沒(méi)有快（反而慢）
多個(gè)cpu的話就可以在兩個(gè)cpu中同時(shí)執(zhí)行了..............
a2: 單核CPU上運(yùn)行的多線程程序, 同一時(shí)間只能一個(gè)線程在跑, 系統(tǒng)幫你切換線程而已, 系統(tǒng)給每個(gè)線程分配時(shí)間片來(lái)執(zhí)行, 每個(gè)時(shí)間片大概10ms左右, 看起來(lái)像是同時(shí)跑, 但實(shí)際上是每個(gè)線程跑一點(diǎn)點(diǎn)就換到其它線程繼續(xù)跑
效率不會(huì)有提高的
切換線程反倒會(huì)增加開(kāi)銷(xiāo)
a3: #3樓說(shuō)的是對(duì)的。所以一般沒(méi)有必要的話，尤其在單核CPU的時(shí)候，不推薦使用多線程。
單核CPU時(shí)使用多線程，通常是有線程要處于等待狀態(tài)。
而對(duì)于普通的進(jìn)度條更新類(lèi)的，能夠簡(jiǎn)單控制的（比如：在循環(huán)里面手動(dòng)處理消息）就簡(jiǎn)單控制，一般不使用線程，這樣可以提高程序的性能。并且避免掉不必要的線程同步問(wèn)題。
a4: 你試一下雙核三線程，保準(zhǔn)效率反而比雙線程低！
算法同樣時(shí)，CPU占用率達(dá)到100%的最小線程數(shù)效率最高，如果是cpu占率率高的運(yùn)算單核單線程，雙核雙線程，四核四線程是最適合的。
但為什么有時(shí)候線程數(shù)超過(guò)CPU內(nèi)核數(shù)會(huì)更快呢？原因是這種程序的單個(gè)線程運(yùn)算量不足以占滿CPU一個(gè)內(nèi)核（比如存在大量IO操作，IO比較慢，是程序瓶頸）。
a5: 多線程的用處在于，做某個(gè)耗時(shí)的操作時(shí)，需要等待返回結(jié)果，這時(shí)用多線程可以提高程序并發(fā)程度。如果一個(gè)不需要任何等待并且順序執(zhí)行能夠完成的任務(wù)，用多線程簡(jiǎn)直是浪費(fèi)。
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2. 淺談多核CPU、多線程與并行計(jì)算
a1: CPU發(fā)展趨勢(shì)
核心數(shù)目依舊會(huì)越來(lái)越多，依據(jù)摩爾定律，由于單個(gè)核心性能提升有著嚴(yán)重的瓶頸問(wèn)題，普通的桌面PC有望在2017年末2018年初達(dá)到24核心（或者16 核32線程），我們?nèi)绾蝸?lái)面對(duì)這突如其來(lái)的核心數(shù)目的增加？編程也要與時(shí)俱進(jìn)。筆者斗膽預(yù)測(cè)，CPU各個(gè)核心之間的片內(nèi)總線將會(huì)采用4路組相連），因?yàn)槿噙B太過(guò)復(fù)雜，單總線又不夠給力。而且應(yīng)該是非對(duì)稱(chēng)多核處理器，可能其中會(huì)混雜幾個(gè)DSP處理器或流處理器。
a2: 線程越多越好嗎？什么時(shí)候才有必要用多線程？
線程必然不是越多越好，線程切換也是要開(kāi)銷(xiāo)的，當(dāng)你增加一個(gè)線程的時(shí)候，增加的額外開(kāi)銷(xiāo)要小于該線程能夠消除的阻塞時(shí)間，這才叫物有所值。
Linux自從2.6內(nèi)核開(kāi)始，就會(huì)把不同的線程交給不同的核心去處理。Windows也從NT.4.0開(kāi)始支持這一特性。
什么時(shí)候該使用多線程呢？這要分四種情況討論：
a.多核CPU——計(jì)算密集型任務(wù)。此時(shí)要盡量使用多線程，可以提高任務(wù)執(zhí)行效率，例如加密解密，數(shù)據(jù)壓縮解壓縮（視頻、音頻、普通數(shù)據(jù)），否則只能使一個(gè)核心滿載，而其他核心閑置。
b.單核CPU——計(jì)算密集型任務(wù)。此時(shí)的任務(wù)已經(jīng)把CPU資源100%消耗了，就沒(méi)必要也不可能使用多線程來(lái)提高計(jì)算效率了；相反，如果要做人機(jī)交互，最好還是要用多線程，避免用戶沒(méi)法對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。
c.單核CPU——IO密集型任務(wù)，使用多線程還是為了人機(jī)交互方便，
d.多核CPU——IO密集型任務(wù)，這就更不用說(shuō)了，跟單核時(shí)候原因一樣。
程序員需要掌握的技巧/技術(shù)
(1)減少串行化的代碼用以提高效率。這是廢話。
(2)單一的共享數(shù)據(jù)分布化：把一個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制很多份，讓不同線程可以同時(shí)訪問(wèn)。
(3)負(fù)載均衡，分為靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的兩種。具體的參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)。
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3. 請(qǐng)問(wèn):CPU的多核和應(yīng)用程序的多線程的關(guān)系是怎么樣的?
a1: 多核兒就是系統(tǒng)同時(shí)可以運(yùn)行多個(gè)線程，比如雙核可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程。單核兒只能一次執(zhí)行一個(gè)線程。
a2: 試了一個(gè)ping 從192.168.0.1 到192.169.0.255的程序
用多線程做的，發(fā)現(xiàn)在單核的機(jī)器上和多核的機(jī)器運(yùn)行性能有兩倍左右的差異。
a3: 多核對(duì)于用戶,應(yīng)該說(shuō)對(duì)于程序員來(lái)說(shuō),是透明的,根本不用管它,當(dāng)你是單核的編程就可以了,除非使用OpenMP進(jìn)行編程,就用很多條條框框了,另外你上面的測(cè)試是不準(zhǔn)確的,網(wǎng)絡(luò)(主要是遠(yuǎn)程主機(jī))會(huì)因?yàn)椴煌瑫r(shí)候而有不同的響應(yīng)速度,你應(yīng)該在干凈的本機(jī)同環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試.但是,對(duì)于多線程多核優(yōu)于單核還是可以確定的. 總之,我們不用擔(dān)心程序在單核或多核上會(huì)出現(xiàn)并發(fā)問(wèn)題.
a4: 多核指的是CPU有多個(gè)核心，多線程是程序有多個(gè)線程在同時(shí)執(zhí)行。
多核也要用多線程才能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
同樣，多線程要在多核上才能真正有優(yōu)勢(shì)。
這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，對(duì)程序員不是透明的。程序員可以控制程序/線程在哪個(gè)CPU(核)上運(yùn)行。用戶也可以控制程序在哪幾個(gè)核上運(yùn)行。所以多核，多線程對(duì)用戶和程序員都不是透明的。程序員必須了解這方面的知識(shí)。才能讓程序最大限度的發(fā)揮機(jī)器的性能。
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原文引用
編輯by：
二月的獅子
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