如何让线程等待条件执行操作而不使用过多的 CPU 时间？

Question

我一直在尝试在矩阵运算中使用线程，以使其更快地处理大型矩阵 (1000x1000)。到目前为止，我已经用下面的代码取得了一些成功。与使用单线程相比，速度显着提高。

void updateG(Matrix &u, Matrix &g, int n, int bgx, int tamx, int tamy) 
{
int i, j;

for (i = bgx; i < tamx; i += n)
 {
    for (j = 0; j < tamy; j++)
    {
        g(i,j, g(i,j)+ dt * 0.5 * (u(i,j) - (g(i,j) * y)));
    }
 }
}
void updateGt(Matrix &u, Matrix &g, int tam)strong text
{
 int i;
 const int n = NT;
 std::thread array[n];
 for (int i = 0; i < n; i++)
 {
    array[i] = std::thread(updateG, std::ref(u), std::ref(g), n, i, tam, tam);
 }
 joinAll(array, n);
}

但是，我需要在主代码中多次调用这个操作，而且每次出现这种情况都必须重新初始化线程数组，创建新线程，浪费很多时间（根据我在网上看到的那些很贵）。 因此，我开发了一种替代解决方案，只创建和初始化线程数组一次，并在每次调用函数时使用相同的线程来执行矩阵运算。使用一些标志变量，以便线程仅在必要时执行操作。就像下面的代码：

  void updateG(int bgx,int tam)
  {
    while (!flaguGkill[bgx]) {
        if (flaguG[bgx]) {
            int i, j;

            for (i = bgx; i < tam; i += NT)
            {
                for (j = 0; j < tam; j++)
                {
                    g->operator()(i, j, g->operator()(i, j) + dt * 0.5 * (u->operator()(i, j) - (g->operator()(i, j) * y)));
                }
            }
            flaguG[bgx] = false;

        }
    }
  }

 void updateGt()
 {
    
    for (int k = 0; k < NT; k++)
    {
        flaguG[k] = true;

    }

    for (int i = 0; i < NT; i++)
    {
        while(flaguG[i]);
    }
   }

我的问题是。这个应该更快的解决方案比第一个解决方案要慢得多，幅度很大。在我的完整代码中，我有 2 个函数，例如 updateGt 和 updateXt，每个函数使用 4 个线程，我认为问题在于，虽然该函数应该处于空闲等待状态，但它却占用了大量 CPU 时间只是为了继续检查代码。任何人都知道是否真的是这样，如果是这样，我该如何解决？

Answer 1

这里的问题叫做busy waiting。正如 cmets 中提到的，您需要使用 std::condition_variable，如下所示：

std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;   

---

while (!flaguGkill[bgx]) {
    {
    unique_lock<mutex> lock(mutex); // aquire mutex lock as required by condition variable
    cv.wait(lock, [this]{return flaguG[bgx];}); // thread will suspend here and release the lock if the expression does not return true
    } 

    int i, j;
    
    for (i = bgx; i < tam; i += NT)
    {
        for (j = 0; j < tam; j++)
        {
            g->operator()(i, j, g->operator()(i, j) + dt * 0.5 * (u->operator()(i, j) - (g->operator()(i, j) * y)));
        }
    }
    flaguG[bgx] = false;
    
}

注意：[this] { return flaguG[bgx];} 部分，您可能需要根据这些变量的范围更改捕获参数（[] 中的位）

如果您将其设置为 true，则需要调用

for (int k = 0; k < NT; k++)
{
    flaguG[k] = true;
    cv.notify_one();
}

// you can then use another condition variable here