Question

我使用两个线程将两个矩阵相乘（但是，程序也是为了扩展而编写的，因此我可能会使用三个，四个等线程）。每个线程计算/完成最终矩阵的一行（或列）的工作。如果一个线程在一行上工作，另一个线程不应该在该行上工作。它/它们应该移动到下一个可用行。

首先，我不确定我实施问题的方式是否正确。如果你能看到更好的方法，请告诉我。

其次，我每次测试它的方式（使用不同大小的矩阵 - 甚至是大的矩阵），只有一个线程完成工作。也就是说，每次，同一个线程都可以访问run（）方法的synchronized块。其他线程正在进入run（）方法，但为什么只有一个线程总是获得锁定并完成所有工作？

这是我的运行方法：

 public void run() {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    while (i < number of columns in final matrix) {
        synchronized (this) {
            if (i < number of columns in final matrix) {
                for (int j = 0; j < Main.B[0].length; j++) { 
                    for (int k = 0; k < Main.A[0].length; k++) { 
                        Main.C[i][j] += Main.A[i][k] * Main.B[k][j];
                    }
                }
                i++;
            }
        }
    }
}

这是我的驱动程序类中创建线程并启动程序的代码：

MyRunnable r = new MyRunnable();
Thread thread1 = new Thread(r);
Thread thread2 = new Thread(r);
thread1.start();
thread2.start();

try {
    thread1.join();
    thread2.join();
    } catch (InterruptedException ie) {
        System.out.println("\nThe following error occurred: " + ie);
        }
    }

我想我的问题是双重的 - 我的方法是否适合手头的问题？如果是这样，（如果没有），为什么一个线程总是抓住锁并完成所有工作？我已经在20x20矩阵上检查了最多6个线程的程序，并且总是只有一个线程正在完成工作。

Answer 1

正如一些评论所暗示的那样，问题在于锁定（即synchronized(this)部分）。同步是在this上完成的，在你的情况下是MyRunnable的单个实例，所以当一个线程在synchronized块内完成工作时，所有其他线程将等到工作完了。如此有效，一次只有一个线程正在做实际的工作。

以下是解决问题的方法。由于您需要线程并行处理不同的行，因此这项工作必须不通过锁同步（因为锁定意味着相反：一次只能有一个线程可以完成工作）。你做需要同步的是每个线程决定它将在哪一行上工作的部分。

这是一个伪代码示例：

public void run(){
  int workRow;
  synchronized(this){
    workRow = findNextUnprosessedRow();
  }
  for(int i=0; i<matrix[workRow].length; i++){
    //do the work
  }
}

请注意，由于上述原因，实际工作有意未同步。

你使用线程的方式是正确的，所以没有问题，但是，我建议你看一下Java的并发API：Thread Pools。以下是如何在您的上下文中使用它的示例：

//Creates a pool of 5 concurrent thread workers
ExecutorService es = Executores.newFixedThreadPool(5);

//List of results for each row computation task
List<Future<Void>> results = new ArrayList<Future<Void>>();
try{
  for(int row=0; row<matrix.length; row++){
    final int workRow = row;

    //The main part. You can submit Callable or Runnable
    // tasks to the ExecutorService, and it will run them
    // for you in the number of threads you have allocated.
    // If you put more than 5 tasks, they will just patiently
    // wait for a task to finish and release a thread, then run.
    Future<Void> task = es.submit(new Callable<Void>(){
      @Override
      public Void call(){
        for(int col=0; col<matrix[workRow].length; col++){
          //do something for each column of workRow
        }
        return null;
      }
    });
    //Store the work task in the list.
    results.add(task);
  }
}finally{
  //Make sure thread-pool is shutdown and all worker
  //threads are released. 
  es.shutdown();
}

for(Future<Void> task : results){
  try{
    //This will wait for threads to finish. 
    // i.e. same as Thread.join()
    task.get();
  }catch(ExecutionException e){
    //One of the tasks threw an exception!
    throw new RuntimeException(e);
  }
}

这种方法更加清洁，因为工作分配是主要的线程（外部for循环），因此不需要同步它。

使用线程池时，你也获得了很少的奖金：

很好地处理每个计算过程中的任何异常的线程。使用裸线时，就像在你的方法中一样，这很容易 “失去”例外。
汇集线程。也就是说，它们会自动重用，因此您无需担心产生新线程的成本。这在你的情况下特别有用，因为你需要在矩阵中每行产生一个线程，这可能相当大，我怀疑。
提交给ExecutorService的任务包含在一个有用的Future<Result>对象中，这在每个计算任务实际返回某种结果时最有用。在您的情况下，如果您需要总结矩阵中的所有值，则每个计算任务都可以返回该行的总和。然后你只需要总结一下。

有点长，但希望它清除一些东西。

Answer 2

您的问题是您将整个区域与synchronized(this)同步。这意味着一次只允许一个线程进入循环进行计算。当然，这可能意味着多个线程可以计算不同的部分，但不能同时计算多个线程。这也意味着你的“并行”解决方案并不比一个线程更快。

如果您想并行计算，请查看应涵盖主题的Parallel Matrix Multiplication in Java 6和Fork Join Matrix Multiplication in Java

Answer 3

线程调度取决于特定的VM实现。在一些实现中，线程将继续运行，直到它以某种方式阻塞或被更高优先级的线程抢占。在您的情况下，所有线程都具有相同的优先级，因此进入synchronized块的第一个线程永远不会阻塞，它不会被抢占。一些调度程序实现了优先级老化，这样一个饥饿的线程最终会优先级增加，但是你可能运行时间不够长就不会产生影响。

在Thread.yield()块结束后添加synchronized来电。这告诉调度程序选择要运行的新线程（可能是同一个，但可能是另一个）。

Answer 4

你的run函数有第一个获取锁定的线程在仍然拥有锁的情况下完成所有工作。对于下一行，也许另一个线程将获得锁定，但它将阻止所有其他线程，直到完成。

我要做的是拥有与行数相同的布尔数组，并使用这些布尔值来处理处理每一行的任务。它将类似于以下伪代码：

//before creating the threads, pre-fill BoolList with trues
function run()
{
  while (true)
  {
    lock(BoolList)
    {
      //find first true value and set it to false
      //if no true found, return
    }
    //do the actual math of multiplying the row we claimed above
  }
}

另外请记住，创建新线程的开销足以使多线程化程序只适用于大型矩阵。

Answer 5

正如 mru 在他的评论中已经说明的那样，问题是所有行计算都在“synchronized（this）”块内执行。因此，所有线程将在下一个开始之前等待处理一行，同一个线程总是获取锁定可能是优化的结果，因为你几乎使计算单线程。您可以考虑仅决定在synchronized块中处理哪一行：

int rowToProcess;
synchronized (this) {
    if (i < number of columns in final matrix){
        rowToProcess = i;
        i++;
        }
    else
        return;
    }

多线程 - 为什么一个线程正在完成所有工作？

5 个答案: