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多线程和效率问题
看了有好处,不见得效率更高,而是更充分地使用了cpu资源。
转自这里: http://wjl198408.blog.163.com/blog/static/25402147201110183848768/
在面试的时候被问了一个多线程的问题
回来仔细思考了一下,多线程是否真的能提高了效率?
我对多线程的理解就是:
比如挖一个隧道,有2种开工方法
1、只在山的一头挖,直至挖到山的另一头,从而打通隧道,这可以看成是单线程
2、在山的两头挖,同时开工,最后在山的中间接通,从而打通隧道,这感觉肯定比1快了很多,好比多线程
但是2成立的前提是必须有两个工人。而我们的计算机中一般来说只有一个CPU,也就是说只有一个工人。
多线程不过是CPU在不同的时间片之间切换,而表现出齐头并进的样子。
既然挖隧道的人只有一个,虽然我的施工方案是在山的两头开挖,但是由于工作的人只有一个,所以只有让这个人在山的两头跑,挖一会这头再去挖另一头,来回跑是要花费额外时间的(好比线程的切换和调度)。
那么,我们是不是可以说,在单CPU的机器中,多线程反而降低了效率呢?
1.
不能一概而论,你的看多线程在你的程序中为啥而生。在单cpu系统,比如有io的等待,多线程也能提高效率
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楼主提的问题很有意思。经典的解释是 - 如果cpu确实是一个挖山工人,那么它工作就好像是挖1个小时,然后休息10个小时;这期间如果让它跑到山那头继续挖,效率还是很高的。
现在问题是 - 它是否工作1小时然后休息10小时?答案是肯定的。现在的程序时间大多花在读取数据上,真正的计算工作花时间还是相对少的,因此cpu很大时间表现都很闲,就像挖山,挖土效率高,运土效率低。多线程就是要充分利用它的挖土效率
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pc机不光只一个cpu,cpu和其它硬件设备一起才能完成计算,分工协作,但可能出现其中某个家伙偷懒或效率低,导致大家都等它,闲着的其它设备这个时 候可以腾出手来干其它活。单cpu在同一时刻只能干一件事情,这没有问题,问题是它并不是7*24*3600都在干活,其它设备也是同样的道理,多线程的 目的可以最大限度的提高硬件设备的利用率。
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同一个设备可以同时干几件事情,但一个设备在同一时刻肯定只能干一件事情,一般我们说并行或串行,都在以时间段来看的而不是以时刻来看的,比如你一边上je消遣还一边写代码干活,在一定的时间范围内,你是并行的,但如果这个时间范围你划分得非常非常短,那么你是串行的
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一个cpu可以多线程。但是一个单核的cpu任何时间点,都只能在做一个任务。
如果只是像楼主说的挖隧道这么简单的事,那么的确多线程没用。
只不过很可惜,计算机不像拿铁锹挖隧道这么简单。
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假设每挖5分钟,就需要清理一下挖出来的石土。有一个小车在清理它们。
工人只有一个。
单线程的做法是: 挖5分钟。然后工人停止挖,小车清理石土的5分钟里,工人在等待。
2个线程的做发是: 挖5分钟,小车来清理石土。这5分钟里,工人在另一头挖。
也不是很恰当的比喻。不过至少能说明点问题。
小车清理石土,就相当于磁盘io等相对于cpu计算来说比较慢的操作。
cpu不会等着io的完成,而去执行另一个进程的计算任务。
这边io完成时好象是会发出什么信号来着,忘了。计算机原理都还给老师了,惭愧啊。
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如楼主所举的例子,我来解惑。
如果一个机器人代表CUP,哪么这个机器人一天所做的事情,并不都是只挖山。
它还有许多事情要做,比如砍柴,烧水,钓鱼,挖山等等等。
如果按以上划分是 4条线程, 每一个线程大概占用1/4CUP时间。
如果你的设定 在挖山这一快 多设几次同一个任务。 比如设定到 挖山共有3条线程。
哪么 挖山的CUP占用率将达到 1/2 这就是所谓的提高了效率。
现实中的CPU 在大部分时候的 闲置状态的。
因此 开多条线程能提高效率 不如说成是 充分利用了CPU执行时间。
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楼主举的例子是并行,在资源有剩余的情况下(比如人都堆到一个洞里干不开),肯定是提高效率。如果资源有冲突(人手只够从一个方向挖,比如只一个CPU),那就是并发了,不一定能提高效率。
我想了个例子:
假设人手只够从一个方向挖洞。
挖洞时,总得把洞里的土运出去吧。洞越深,运土越占用时间,如果一大伙人都在那挖洞,等挖出一车土,然后一起坐着车运土(带装卸),那路上那些人就闲着了 (挖土时司机也会闲着)。为了提高工作效率,那就把人分成三组,一组人(一个挖土线程)挖土,两组人运土(两辆车,两个运土线程)。
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我认为啊,单CPU单核、纯计算、没IO的理想状态下,单个线程肯定比多个线程快,因为省去了线程切换的开销。但真实的环境基本都有IO操作,在 异步的业务场景下,我一般会使用线程池,至于线程池的线程数目配置为多少,有资料推荐为N×(1+IO耗时/完整的业务耗时),N是CPU核数。
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最简单的如web server,如果单线程的话,一个server同时只能接受一个用户的点击。
还点击率呢,直接就绿了。
另外多线程和快不快没有直接关系。最主要的是可以并发执行。
纯粹比较同一个任务在单线程还是多线程模式下快的话,肯定是单线程快。因为多线程会有一个线程调度的消耗。但是最为一个系统,多线程的优势是非常明显的。如果Java没有多线程直接可以去死了。
当年红极一时的plam系统因为对多线程支持的不好,在网络和媒体应用方面败下阵来。
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多线程效率 我认为未必会高,而且有时候相反会低。
多线程并不是为了提高效率,而是不必等待 可以并行执行多条数据。
可以这么想 我们通过xp系统复制文件。你可以复制一份文件 这叫是单线呈,但是你要等这个复制完了才能复制另一份文件,而且不能多复制。这样很难受,所以你可以选择多复制文件,这就是多线程。但复制多份文件用的时 间未必会比一份一份文件所用时间少。只是它合理利用了时间进行了多个操作。
如果是买票系统 就会用到多线呈。买票是同时进行的,如果一个用户一个用户等下去不是办法,所以可以多个用户同时买票,效率也就提高了。这里的效率不是执行的效率 而是时间的合理利用,多个线呈同时进行。
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单线程,多线程,线程池,都是不同问题的不同解决策略,不存在谁的效率一定高的问题.
一个时间服务器,一个线程处理请求就可以了
FTP,HTTP服务器,就不一样了,请求多,处理响应时间长,必须得有多个线程来处理,
线程池是多线程的一种改良方式
当然以上指的都是BIO的情况.
在NIO下,处理请求用单线程就可以了,因为它不存在IO阻塞的问题
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楼主的例子举的还算生动,但思路有点问题。在大多数场景中,各个线程不应该是同时去做同一件事情,而是各谋其职,协调工作,从而最大限度的利用系统资源。而系统资源并不仅仅是CPU,还有I/O或带宽等等。
就楼主的例子而言,可以想象成两个线程,A线程的任务是挖,B线程的任务是把挖开的土石运走,从而提高效率,这也就是经典的生产者消费者模式。
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生产者-消费者模型,如果你是用多线程实现了的,那完全也可以写成单线程的(当然,单线程也就是一个顺序执行,恐怕不能称为“生产-消费”了)。
之所以设计成生产者-消费者的模式,是因为生产者和消费者不能步调一致吧?!因为会出现等待的情况,所以要按“生产者-消费者”的方式,用多线程实现(比 如3个生产者线程,2个消费者线程)。这充分利用了系统资源,如果效率还没有提高,那真不知道要干啥呢——比如说,生产者干的事就是 a+1,消费者干的事就是a-1,那何必费劲做成“生产者-消费者”呢(专门做出一个生产者线程对一个消费者线程,也太傻了吧)?
上面已经有人说了,系统运行环境下的资源并不只有CPU,还有网络,数据库(可能安装在另一个机器上)。数据库访问和网络的IO操作都是比较耗时的,这时候CPU会闲一些。使用多线程可以调配资源的使用率。
PS:假设你的程序部署到一个配置特牛的服务器上,感觉还是不足以应付业务量,结果一查CPU占用率,才3%,你的程序是不是写的很失败?
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我觉得lz举的例子不太合适,一个CPU它不是一个工人,按WINDOWS的比喻,一个CPU应该是100个工人.
100个工人挖山从一头挖,最多同时能20个人一起挖,其他80个人休息.(这是单线程)
如果两头挖,最多同时40人一起挖,60个人休息.(这是多线程)
所以多线程只能提高CPU的使用效率.
一头挖山只使用CPU的20%,两头挖山可能就会使用CPU的50%,因为启动一条新的线程也会有CUP开销.
如果在工人足够多的时候,用多多线程,是可以提前完工的.
如果在工人不足的时候,只能用单线程.
声明下一个CPU它不是一个人!!!
多线程和效率问题