一道面试题：用多线程求1000以内的素数有多少个？并给出消耗时间

Posted 2020-08-17

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一道面试题：用多线程求1000以内的素数有多少个？并给出消耗时间相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

我曾经去一个公司面试，遇到这么一个题目：求1000以内的素数有多少个？用多线程实现，并给出消耗时间。我想了半天，没有想出多线程的解决方案。今天因为机缘到了，我浅谈下我的解法。

这道题，显然得考虑两个问题：

1、多线程的问题

2、算法性能问题

有人觉得1000以内还考虑什么算法性能？这肯定很快。但是话说回来，这个都有必要用多线程吗？如果我们求10000000以内的素数有多少个？是不是必须考虑以上两个问题了？多线程和算法优化的目的都是为了提高程序执行的效率。我们首先来考虑算法问题，什么是素数？素数：也称为质数，在自然数中除了1和本身能整除外，没有其它数可以整除，并且1不是素数。比如2,3都是素数。好了，我们看代码：

 1           private static bool IsSushu1(int n)
 2             {
 3                 bool isSuFlag = true;
 4                 if (n <= 1) return false;
 5 
 6                 for (int i = 2; i < n; i++)
 7                 {
 8                     if (n % i == 0)
 9                     {
10                         isSuFlag = false;
11                         break;
12                     }
13                 }
14                 return isSuFlag;
15             }

这是求一个数是不是素数的算法，此算法根据定义而来，如果面临千万级的数据，直接出不来结果。我们能不能优化下？答案是肯定的，所以数学学得好的话，对计算机工作者来说，总是有益无害，我们来看改进后的代码：

 1            private static bool IsSuShu(int n)
 2             {
 3                 bool isSuFlag = true;
 4                 if (n <= 1) return false;
 5 
 6 
 7                 for (int i = 2; i <= (int)Math.Sqrt((double)n); i++)
 8                 {
 9                     if (n % i == 0)
10                     {
11                         isSuFlag = false;
12                         break;
13                     }
14                 }
15                 return isSuFlag;
16             }

代码没有大的改变，只是循环的次数大规模降低了，想一想，如果是百万级的数据，开个平方根，那就成了1000级别。这个算法的原理，还没有想明白，是从网上看到的，总之是实实在在的数学问题，如果数学思维很好的话，这个估计能想得来。

算法有了，那用多线程有哪些问题呢？

首先，我们每个线程的执行结果，必须拿到。其次，要算总的消耗时间。创建一个线程，我们可以直接用Thread创建，但是Thread创建比较消耗性能，而且要拿执行结果，也没法拿。如果用ThreadPool 创建后台线程的话，倒是性能提高了，还是直接拿不到线程执行的结果。我于是想到了c#中的Task。task知识点比较多，可以慢慢学习。先看实现：

 1             private static void MultiThreadCompute(int n,int pageSize)
 2             {
 3                 List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();
 4 
 5                 var start = DateTime.Now;
 6 
 7                 for (int i = 1; i <= n / pageSize; i++)
 8                 {
 9                     var pageIndex = i;
10                     int startNum = (pageIndex - 1) * pageSize;
11                     int endNum = startNum + pageSize;
12 
13                     int[] numbers = { startNum, endNum };
14 
15                     tasks.Add(Task.Factory.StartNew((obj) =>
16                      {
17                          int totalCount = 0;
18 
19                          int[] temps = obj as int[];
20 
21                          for (int j = temps[0]; j < temps[1]; j++)
22                          {
23                              if (IsSushu1(j))
24                              {
25                                  totalCount++;
26                              }
27                          }
28                          return totalCount;
29                      }, numbers));
30                 }
31 
32                 Task.Factory.ContinueWhenAll(tasks.ToArray(), (taskList) =>
33                 {
34                     var end = DateTime.Now;
35                     int result = 0;
36 
37                     foreach (var item in tasks)
38                     {
39                         result += item.Result;
40 
41                         Console.WriteLine("task{0}找到{1}个素数", item.Id, item.Result);
42                     }
43 
44                     Console.WriteLine("{0}以内找到{1}个素数，总花费时间：{2}", n, result, end.Subtract(start).TotalSeconds);
45 
46                 });

解释下代码，pageSize就是我借鉴了网页上分页的算法，每个线程执行一个页的数据。从32行开始，这个是等所有的任务执行完毕，然后循环任务取得结果，也是异步调用，不会阻塞主程序的继续执行。这儿也可以改成同步调用：

 1               Task.WaitAll(tasks.ToArray());
 2 
 3                 int result = 0;
 4 
 5                 foreach (var item in tasks)
 6                 {
 7                     result += item.Result;
 8 
 9                     Console.WriteLine("task{0}找到{1}个素数", item.Id, item.Result);
10                 }
11 
12                 Console.WriteLine("{0}以内找到{1}个素数", n, result);