提升线程概念化/问题

Question

我有一个通常运行 50 次的函数（运行 50 次模拟）。通常这是按顺序单线程完成的，但我想使用多线程来加快速度。线程不需要访问彼此的内存或数据，所以我认为赛车不是问题。本质上，线程应该只是完成它的任务，然后返回到它完成的主线程，同时返回一个双精度值。

首先，浏览所有 boost 文档和示例真的让我很困惑，我不确定我在寻找什么。提升::线程？推动未来？有人可以举例说明适用于我的情况。此外，我不明白如何指定要运行多少个线程，是否更像是我会运行 50 个线程并且操作系统处理何时执行它们？

Answer 1

如果您的代码完全受 CPU 限制（无网络/磁盘 IO），那么您将受益于启动与 CPU 一样多的后台线程。使用 Boost 的 hardware_concurrency() 函数来确定该数字和/或允许用户设置它。仅仅启动一堆线程是没有用的，因为这会增加创建、切换和终止线程所带来的开销。

启动线程的代码是一个简单的循环，然后是另一个循环等待线程完成。您也可以为此使用 thread_group 类。如果作业数量未知且无法在线程启动时分配，请考虑使用线程池，您只需在其中启动合理数量的线程，然后在它们出现时为它们分配作业。

Answer 2

阅读Boost.Thread Futures 文档以了解使用期货的想法和async 来实现此目的。它还展示了如何使用thread 对象手动（困难的方式）完成。

给定这个序列号：

double run_sim(Data*);

int main()
{
  const unsigned ntasks = 50;

  double results[ntasks];
  Data data[ntasks];

  for (unsigned i=0; i<ntasks; ++i)
    results[i] = run_sim(data[i]);
}

一个幼稚的并行版本是：

#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
#include <boost/thread/future.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

double run_task(Data*);

int main()
{
  const unsigned nsim = 50;

  Data data[nsim];
  boost::future<int> futures[nsim];

  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
    futures[i] = boost::async(boost::bind(&run_sim, &data[i]));

  double results[nsim];
  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
    results[i] = futures[i].get();
}

因为boost::async 还不支持延迟函数，所以每次异步调用都会创建一个新线程，所以这会一次产生 50 个线程。这可能会表现得很糟糕，所以你可以把它分成更小的块：

#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
#include <boost/thread/future.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

double run_sim(Data*);

int main()
{
  const unsigned nsim = 50;
  unsigned nprocs = boost::thread::hardware_concurrency();
  if (nprocs == 0)
    nprocs = 2;   // cannot determine number of cores, let's say 2

  Data data[nsim];   
  boost::future<int> futures[nsim];
  double results[nsim];

  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
  {
    if ( ((i+1) % nprocs) != 0 )
      futures[i] = boost::async(boost::bind(&run_sim, &data[i]));
    else
      results[i] = run_sim(&data[i]);
  }

  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
    if ( ((i+1) % nprocs) != 0 )
      results[i] = futures[i].get();
}

如果hardware_concurrency()返回4，这将创建三个新线程然后在main()线程中同步调用run_sim，然后再创建另外三个新线程然后同步调用run_sim。这将防止同时创建 50 个线程，因为主线程停止执行一些工作，这将允许其他一些线程完成。

上面的代码需要最新版本的 Boost，如果你可以使用 C++11，使用标准 C++ 会稍微容易一些：

#include <future>

double run_sim(Data*);

int main()
{
  const unsigned nsim = 50;
  Data data[nsim];

  std::future<int> futures[nsim];
  double results[nsim];

  unsigned nprocs = std::thread::hardware_concurrency();
  if (nprocs == 0)
    nprocs = 2;

  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
  {
    if ( ((i+1) % nprocs) != 0 )
      futures[i] = std::async(boost::launch::async, &run_sim, &data[i]);
    else
      results[i] = run_sim(&data[i]);
  }

  for (unsigned i=0; i<nsim; ++i)
    if ( ((i+1) % nprocs) != 0 )
      results[i] = futures[i].get();
}