为啥 C++ 中的多线程会降低性能

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥 C++ 中的多线程会降低性能

【英文标题】：why multithreading in c++ reduces the performance [closed]为什么 C++ 中的多线程会降低性能

【发布时间】：2018-12-27 20:39:20

【问题描述】：

在这段代码中，多线程正在降低性能：

unsigned long num1 = 0;
unsigned long num2 = 0;

thread myThread1(count1,&num1);
thread myThread2(count2, &num2);

myThread1.join();
myThread2.join();


cout << num1 << endl;
cout << num2 << endl;

 void count1(unsigned long *num1)
long b = clock();

while( clock() - b < 1000)

    (*num1)++;



void count2(unsigned long *num2)
long b = clock();

while( clock() - b < 1000)

    (*num2)++;

最后 num1 = 690,000 和 num2 = 700,000（num1 和 num2 按此顺序）但是当我在单线程模式下运行时（当我评论第二个线程时）num = 1,600,000 所以多线程正在降低性能。为什么会这样？通过在 num1 和 num2（64 字节）之间添加一个填充，性能会变得更好，但仍然比单线程（num1，num2 = 750,000）更差

（当性能更好时，CPU 可以计数更多，但在第一部分它计数为 1,300,000，第二部分为 1,600,000）

（num1 和 num2 仅用于计数）

这是整个代码（已编辑）

【问题讨论】：

线程增加了一些不可忽视的开销。

您没有正确衡量“性能”，也没有正确定义它是什么。您希望您的代码做什么以及持续多长时间？用于比较的单线程代码列表在哪里。你用什么来分析它？为这两种情况提供 MCVE。我们没有精神力量来查看你在 count1 或 count2 中所做的事情

如果这是你的变量的声明，那么你有一个错误共享的坏情况（如果你正在做类似while true ++*num的事情。）

不能肯定，但这看起来确实是false sharing 的主要候选人。

count1 和 count2 是做什么的？我会假设那些只是添加数字，但那些不会表明任何关于性能的东西。

【参考方案1】：

速度变慢的可能原因是您的 num 变量可能共享一个缓存行。

在这种情况下，当num1 由内核 1 上的线程 1 更新时，该变量也必须在内核 2 上的线程 2 上更新，这将减慢 num2 的更新速度。 num2 反之亦然。

这是考虑到您实际上是在内核上固定线程（这种情况也会减慢执行速度）。

尝试声明num1，用64字节填充，然后num2。

这将由适当的配置文件工具（如 VTune（现在免费））标记。这也可以正确衡量性能。

阅读您的线程代码后，您实际上只是在增加您的变量一段时间（它是std::clock()？不是衡量性能的最佳方法，尤其是对于多线程，这就是硬件计数器的用途，而且循环似乎很小，例如，您应该测量一秒），因此您可能确实存在错误共享。在您的应用程序上运行 VTune 并检查缓存失效计数器，它应该是通过屋顶。

【讨论】：

虽然这个答案是有道理的，但直到 OP 共享一个 MCVE，我们才能真正知道。最好等到我们真正知道原因是什么。

@NathanOliver 是的，如果我们得到更新，我会密切关注更新答案的更多细节。

@MatthieuBrucher 如何在两个指针之间填充？

只需在它们之间添加 char[64] 垫。另请添加minimal reproducible example 以获得正确答案，这可能是有根据的猜测，但仍然是猜测。

线程的内容有可能小于创建和维护线程的开销。这会比共享缓存线更影响性能；但在帖子的内容发布之前我们不会知道。 :-(

【参考方案2】：

线程并不一定意味着更快，这意味着它们可以同时/并行发生，具体取决于架构。存在与线程相关的开销。

此外，您的编译器设置以及优化是否开启也很重要。

如果您尝试并行运行的函数很快，那么线程的开销将抵消任何好处。

【讨论】：

这不是真正的原因。真正的原因是变量的声明。

不保证线程会并行运行。操作系统可以串行调度同一处理器上的线程。