为什么我的多线程比单线程慢？答案

【问题标题】：Why is my multi-threading slower than my single threading?为什么我的多线程比单线程慢？
【发布时间】：2015-07-09 17:23:51
【问题描述】：

我知道有几个人问过类似的问题，但我找不到任何可以让我理解为什么它变慢的答案。

所以，为了自己理解 Visual Studio 2013 中的线程对象，我制作了一个小控制台程序。我的 CPU 是 Intel Core i7，它可以使用多线程。

我的代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {

        static TimeSpan MTTime;
        static TimeSpan STTime;

        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();


            Console.WriteLine(Environment.NewLine + "---------------Multi Process-------------" + Environment.NewLine);

            Thread th1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Process));
            Thread th2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Process));
            Thread th3 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Process));
            Thread th4 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Process));

            th1.Start("A");
            th2.Start("B");
            th3.Start("C");
            th4.Start("D");

            th1.Join();
            th2.Join();
            th3.Join();
            th4.Join();

            stopwatch.Stop();
            MTTime = stopwatch.Elapsed ;

            Console.WriteLine(Environment.NewLine + "---------------Single Process-------------" + Environment.NewLine);


            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();

            Process("A");
            Process("B");
            Process("C");
            Process("D");

            stopwatch.Stop();
            STTime = stopwatch.Elapsed;

            Console.Write(Environment.NewLine + Environment.NewLine + "Multi  : "+ MTTime + Environment.NewLine + "Single : " + STTime);


            Console.ReadKey();
        }

        static void Process(object procName)
        {
            for (int i = 0; i < 100; i++)
            {
                Console.Write(procName);
            }
        }
    }
}

结果图片：

我们可以清楚地看到，多踩的过程是完全随机的，单踩只是一个接一个地压，但我认为这对速度没有影响。

起初，我认为我的线程只是比运行程序所需的进程大，但在更改为更大的进程后，单步执行仍然是最快的。那么，我是否错过了多线程中的一个概念？还是比较慢是正常的？

【问题讨论】：

写入控制台是一个糟糕的测试。尝试在 Process 循环中计算几千个加密哈希值（最后一次写入控制台），您会看到加速。
只是为了补充以下真正好的答案：使用线程很少会成功 - 请宁愿使用来自 TPL 的更高级别的 API，例如 Tasks，或者更好的是 PLinq 和 co。（或者如果您真的知道自己在做什么，请继续 - 但没有冒犯，但在这种情况下，您可能想先深入了解一下）
运行 Visual Studio Profiler，您将看到应用程序在哪里无效。（提示：Console）

标签： c# multithreading

【解决方案1】：

请注意，Process 写入控制台（基本上什么也不做），输出到控制台（这里充当一种共享资源）很慢，需要与其他线程同步。

据我了解，您使用的并行化会产生巨大的开销，但不会加快速度，因为线程显然大部分时间都在等待其他进程完成对控制台的写入。

【讨论】：

没错。致 OP：如果您想要对算法的单线程与多线程实现进行有效比较，您必须确保这些实现实际上可以完全独立地运行。特别是，它们不能使用任何共享资源，因为这会导致各个线程不得不相互等待。

【解决方案2】：

来自官方Console 文档

使用这些流的 I/O 操作是同步的，这意味着多个线程可以读取或写入流。这表示通常是异步的方法，例如 TextReader.ReadLineAsync，如果对象同步执行代表一个控制台流

这意味着控制台类处理线程同步，因此如果线程 A 和线程 B 尝试写入控制台，控制台将处理它们，并且只有一个 for time 可以写入。其背后的处理逻辑才是耗时较长的原因

更新
我建议你看看Parallel.ForEach

【讨论】：

好的！，如果我理解，它是由控制台处理线程的方式引起的？所以，我想如果我在做其他事情然后在控制台中写或读东西会起作用吗？正确的？让我试试这个，但我不知道什么可能是一个很好的测试，谢谢你让我提前！ :D
@Kazimar 当您使用一些算法或类似的东西处理大量数据时，您应该使用多线程，我还建议您看看 Parallel.ForEach，我会更新我的回答。看看，如果你认为我的答案就是你要找的答案，就标记为已回答！
另一种描述方式是，因为控制台写入需要线程安全，它是一个序列化资源，线程花费大量时间等待轮到它们。如果这些是磁盘写入，您将从周日开始以六种方式缓冲它们。

【解决方案3】：

还有一点需要考虑：线程创建和连接的开销很大。此外，您可能会通过使用线程池获得轻微的性能提升，请看这里：

https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.threading.threadpool.queueuserworkitem%28v=vs.110%29.aspx

【讨论】：

【解决方案4】：

好的！感谢 Assa 和 Codor，让我把注意力放在正确的地方！我最后做了一个小控制台程序，非常清晰地显示一切。最后，在使用繁重的处理东西时，多线程会快很多。只需阅读我的代码，您就会轻松理解。

结果：

代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        //Timer for speed guidance
        static Stopwatch stopwatch;
        //Data i use for generate time
        static List<int> timeData;
        static void Main(string[] args)
        {
            stopwatch = new Stopwatch();
            timeData = new List<int> { 1000, 800, 200, 700, 600, 300, 800, 100, 200, 300, 655, 856, 695, 425 };

            ////-------------------------- SINGLE THREAD ------------------------------/////
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.WriteLine("             Single Threading Process            ");
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.WriteLine("   Process Time        Thread ID                 ");
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            //For each normal that use only 1 thread
            foreach(int i in timeData)
            {
                Process(i);
            }

            stopwatch.Stop();
            //Total time that the program take for making the process happen
            Console.WriteLine("*Total : " + stopwatch.Elapsed );

            ////-------------------------- Mulit Multiple ------------------------------/////

            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.WriteLine("             Multi Threading Process            ");
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.WriteLine("   Process Time        Thread ID                 ");
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            //for each thats use Multiple thread fr the process (can be made with parallel.invoke or Task Library or Thread Library)
            Parallel.ForEach(timeData, (i) => Process(i));
            //Total time that the program take for making the process happen
            Console.WriteLine("*Total : " + stopwatch.Elapsed);
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------");
            Console.ReadKey();
        }

        // Methode for sumulating long processing
        static void Process( int time)
        {
            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            //sleep time simulate the IO portion of the process
            Thread.Sleep(time);
            // The loop simulate de algoritme type of precessing
            for (int i = 0; i < time*1000000; i++){}
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine( stopwatch.Elapsed + "         " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());          
        }


    }
}

【讨论】：

这是一个更好的多线程“演示”。但是请注意，您的所有线程都使用相同的秒表对象。如果您希望每个线程测量它自己的执行时间，您应该在 Process(int) 中声明一个新的 StopWatch 变量。
您的秒表只显示上次开始和第一次停止之间的差异。这就是为什么你有很多相同的数字。使用线程，每个单独的进程都不会更快。它是多个过程的组合。
嗯，我不明白你的意思是什么？你可以开发更多plz :) 你是说我的开始/秒表在我的循环中的错误位置吗？因为如果你看到这个组合，我的多踩仍然更快。或者你只是说一个关于踩踏的事实，我的编码很好？
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【解决方案5】：

当且仅当处理器成为瓶颈时，应用程序将使用多个线程更快地工作。有时您的磁盘或 RAM 是瓶颈。大多数情况下，它是数据库或外部服务。在这些情况下，添加多个线程不太可能使代码运行得更快，相反，由于额外的同步，它通常会减慢执行速度。

如果你想让你的代码运行得更快，你必须首先检查它运行缓慢的原因。 分析您的代码。找到瓶颈。

记住Premature optimization is the root of all evil

在您的情况下，瓶颈 - 阻止所有操作的最常访问的资源 - 是控制台输出流。它只有一个实例，并且运行速度相对较慢。即便是单个核心也不会 100% 用于尽可能快地在其上打印。

【讨论】：

是的，我终于注意到了我所有的测试！如果我运行一些小进程的东西，多线程的东西实际上会更慢，只是因为它自己生成它来制作多线程对象和everyting。在大多数情况下它没用....除非你做的东西使用真的非常多线程......像网络等......或大算法的东西。
嗯，这个问题的答案并不完全，但我正在寻找我的应用运行缓慢的原因，这让我思考，所以 +1。

【解决方案6】：

如果你删除下面的行，你的多线程会更快。

Console.Write(procName);

这是因为操作系统将控制台视为共享资源，一次只有一个线程可以使用共享资源。所以在这种情况下，多线程加速就像单线程一样，但是多线程会负担一些额外的线程管理没有性能提升的开销。

【讨论】：