使用多个线程搜索数组，同时不做任何不必要的额外工作

Posted 2023-02-22

【中文标题】使用多个线程搜索数组，同时不做任何不必要的额外工作

【英文标题】：Search through array with multiple threads while not doing any more extra work than necessary

【发布时间】：2018-10-15 15:32:59

【问题描述】：

假设您有一个长度为 n 的 大 未排序数组，您想要搜索该数组以找到特定元素（让该数组的元素是唯一的）。由于在最坏的情况下您必须在整个数组中搜索元素，因此运行时间将是 O(n)。但是，由于现在大多数 CPU 都支持多核（使用超线程），因此您可以让多个线程在数组中搜索以加快速度。因此，使用 m 个内核，您将拥有 2m（独立）线程供您使用。如果您只将数组的一部分委托给每个线程，即让 2m 个线程中的每一个线程 n/2m 个元素来处理，那将是最佳的。但是，当 2m 个线程中的一个找到该元素时，其他线程将需要停止（以保留系统资源），因为所有元素都是唯一的，其他线程将永远找不到该元素。

所以我的问题是： 您将如何搜索具有 2m 线程的唯一元素的大型未排序数组，同时最大限度地减少线程完成的工作和运行时间？您需要什么同步数据结构？找到元素后如何停止其他2m-1个线程？

【参考方案1】：

可能最简单的方法是使用 atomic-boolean（C++ 语言中的 std::atomic<bool>），并在退出之前让找到该布尔值的线程设置为 true。

除此之外，让每个线程将其数组的部分划分为子部分，以便它可以执行紧密循环以查找每个子部分中的数字，然后检查 atomic-boolean，然后重复直到它用完要检查的子部分。 （使用子部分而不是在一个大的 for 循环的每次迭代后检查原子布尔值的原因是，由于缓存一致性问题，即使检查原子布尔值也会相当昂贵，因此最好摊销每个atomic-boolean-check 对大量迭代进行检查并权衡一些额外/浪费的工作以换取更好的并行性）

制作每个子部分的理想尺寸是您需要凭经验得出的，通过尝试不同的尺寸，直到找到性能最佳的尺寸。