java - 多线程程序比单线程程序花费更长的时间(Java)

Question

我必须编写一个程序，从文件中读取所有单词并确定每个单词使用的次数。我的任务是使用多线程来加快运行时间，但单线程程序比多线程程序运行得更快。我尝试过研究解决方案，但很多解释只会让我更加困惑。我对使用线程非常陌生，想知道是否有人可以指出我修复代码的正确方向，以便创建线程的开销不会导致程序运行得比单线程慢。

public class Main 
{
final static int THREADS = 4;
static HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
static List<String> file = new ArrayList<String>();
static String filename = "D:\\yes.txt";
static int count;




public static void main(String args[]) throws Exception
{
    long startTime = System.nanoTime();
    Monitor m = new Monitor();
    final Queue<String> dataQueue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

    try ( Scanner in = new Scanner(new File(filename))) 
    {
                while ( in.hasNext() ) 
                {
                    dataQueue.add( in.next() );
                }
    }
    catch ( IOException e ) 
    {
        e.printStackTrace();
    }


    Thread T1 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T2 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T3 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));
    Thread T4 = new Thread( new WordCount(m, map, dataQueue ));

    T1.start();
    T2.start();
    T3.start();
    T4.start();


     //wait for threads to end
       try {
       T1.join();
       T2.join();
       T3.join();
       T4.join();
    } catch ( Exception e) {
       System.out.println("Interrupted");
    }   

    Set<String> keys = map.keySet();
    for (String key : keys) 
    {
        System.out.println(key);
        System.out.println(map.get(key));
    }
    long endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("Thread Took "+((endTime - startTime)/100000) + " ms");


}
}

public class WordCount implements Runnable
{

    private Monitor m;
    private Queue<String> dataQueue;
    private HashMap<String, Integer> map;

    public WordCount(Monitor m, HashMap<String, Integer> map,Queue<String> dataQueue)
    {
        this.m = m;
        this.dataQueue = dataQueue;
        this.map = map;
    }

    @Override public void run()
    {
        while ( !dataQueue.isEmpty() ) 
        {
            String line = dataQueue.poll();
            m.keySet(map, line);
        }
    }   
}

public class Monitor 
{
    public synchronized void keySet(HashMap<String, Integer> map, String word) 
    {
        String[] words = filterIllegalTokens(word );
        String[] lowerCaseWords = mapToLowerCase( words );
         for ( String s : lowerCaseWords ) {


        if (map.containsKey(s)) 
        {
            map.put(s, map.get(s) + 1);

        } 
        else 
        {
            map.put(s, 1);
        }
         }
    }
    public  String[] filterIllegalTokens(String words)
    {
        List<String> filteredList = new ArrayList<>();

        if ( words.matches( "[a-zA-Z]+" ) ) {
                filteredList.add( words );
            }

        return filteredList.toArray( new String[filteredList.size()] );
    }
    public  String[] mapToLowerCase( String[] words )
    {
        String[] filteredList = new String[words.length];
        for ( int i = 0; i < words.length; i++ ) {
            filteredList[i] = words[i].toLowerCase();
        }
        return filteredList;
    }
}

这是我的三门课。有什么建议或建议吗？

Answer 1

根据经验，您需要一个 CPU 核心用于操作系统，其他核心可用于程序。因此，您至少需要 5 个 CPU 核心才能获得最佳性能。

创建这几个线程的开销并不重要。当您在几毫秒内启动数十个线程时，这一点会变得更加重要。

代码中的主要问题是您在总时间的 90% 中访问共享内存区域中的数据。在本例中，我们讨论的是 ConcurrentLinkedQueue 和同步的 Monitor.keySet() 方法。当一个线程访问这些对象时，其他 3 个线程必须等待。当您长时间运行程序时，您可能会注意到只使用了总 CPU 功率的一小部分。

为了提高性能，我建议在启动线程之前将作业队列分成 4 个数据包，这样每个线程就可以处理自己的数据包，而无需等待其他线程。此外，每个线程应将其结果收集在单独的容器中。最后(线程完成后)，您可以合并四个结果。

如果您的工作线程更加复杂，您的问题就会不那么困难。例如，如果对容器的访问仅花费总时间的 10%(而某些计算需要 90%)，那么相对于总执行时间，线程同步的开销也会少得多。