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  • 关于最佳线程数的计算的准确理解

    Venkat Subramaniam 博士在《Programming Concurrency on the JVM》中提到关于最优线程数的计算:

    The minimum number of threads is equal to the number of available cores. If all tasks are computation intensive, then this is all we need. Having more threads will actually hurt in this case because cores would be context switching between threads when there is still work to do. If tasks are IO intensive, then we should have more threads. We can compute the total number of threads we’d need as follows:

    Number of threads = Number of Available Cores / (1 - Blocking Coefficient)

    To determine the number of threads, we need to know two things:
    • The number of available cores
    • The blocking coefficient of tasks

    根据描述,最佳线程数量=CPU执行核心数/(1-阻塞系数);

    许多程序员就立马写个程序测试,模拟一个阻塞系数0.5的线程,硬件配置CPU执行核心数是4,恰好2倍核心数,最佳线程数量是8,然后就开8个线程去处理。测试完成任务处理时间是316ms。以为这样是最佳了。然后又抱着怀疑的态度再做一轮测试,特意开16个线程去一跑,发现时间只用了215ms。更少了。咦?怎么回事呢?然后得出结论:最佳线程数量并非最佳。 4倍才是最佳的。是这样吗?问题出在哪里了呢?

    其实,如果全系统只运行你一个程序,只考虑测试代码,阻塞系数是0.5,当然是没错的,但是这个公式是针对全系统而言的,需要把全系统所有程序的线程占用的timeslice都计算在内考虑。理论计算是需要考虑所有细节的,这些细节占用的时间可一点不少。

    当全系统线程数量远远大于执行核心数,则增加了线程的上下文环境交换时间等等,还有其他线程分走了许多CPU时间片,这部分时间可不少,可是却没有用在你的测试计算上。为简化理解,直接把这部分时间都划算到阻塞时间上,等于说阻塞系数变大,纯工作系数变小;分母就变小了,最佳线程数量就成倍增大了。

    如果还不理解,我举个例子,用实际场景来解释就明白了。

    一个加工厂有4条加工流水线,每一个人同时只能占用一条流水线加工自己的产品,假定一个人占据一条加工流水线完全饱和工作8小时能完成自己的加工,那么拆分到4条线上显然2小时可以加工完成,理论上。

    再假定人的饱和工作时间和空闲时间各占50%呢(构造阻塞系数0.5),在不考虑交班交接的时间,显然8个人同时排队加工才能在2小时完成,(加工厂只安排你的8个人)。

    但是事实工厂工况是怎么样的呢?这个加工厂有1000人在排队等着加工自己的产品(你安排了8个人过去加工你的产品 + 992个外人),而且,一条流水线线上工作内容切换时,前一个人和后一个人交替交接需要占用不少时间,而且,992个外人也各自要加工自己的产品,分配给你那8个人的时间片机会就少了。那些时间都没为你的产品加工,都直接是划归到阻塞时间上去,阻塞系数变大,最佳线程数=CPU执行核心数/(1-阻塞系数), 分母变小,结果自然变大。如果你要获得更多的时间片,你就要安排更多人过去,增大占时间片的机会。

    所以你安排8个人去加工,肯定2小时完成不了,可能实际用了3小时才加工完成。但是你若安排16个人过去排队加工,可能2.5小时就能加工完成了。

    如此而已。

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