如何写出更优雅的并行程序?
编写更优雅的并行程序主要涉及到对并发编程的理解、对多线程控制的掌握以及合理利用现有的并行工具。以下是我个人的一些关键的指导原则和实践,后面我再给出一个使用Java编写的demo,ok:
指导原则和实践
理解并发模型:
共享内存模型:线程间通过共享内存进行通信,需要处理同步问题。消息传递模型:线程间通过消息进行通信,通常用于分布式系统。
选择合适的同步机制:
synchronized关键字:用于保护共享资源,防止并发修改。ReentrantLock:提供了更灵活的锁定机制,包括尝试获取锁、可中断获取锁等。volatile关键字:确保变量的可见性。Atomic类:提供原子操作,无需额外同步。
避免死锁和活锁:
确保锁的顺序一致,避免循环等待。使用锁超时和检测机制。
利用并行工具:
Java的Executor框架:用于管理线程池和任务执行。ForkJoinPool:适用于可以拆分为子任务的问题。Stream API:支持并行流操作,简化并行数据处理。
考虑性能和资源消耗:
线程不是免费的,过多的线程会导致上下文切换和资源争用。使用性能分析工具来监控和调优并行程序。
Java代码,demo 一下:使用ForkJoinPool进行并行计算
假设呢,我们有一个任务,需要计算一个数组中所有元素的平方和。我们可以使用ForkJoinPool来并行处理这个任务。
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveAction;
public class ParallelSquareSum {
// 阈值,当数组长度小于此值时不再拆分任务
private static final int THRESHOLD = 1000;
// 使用ForkJoinPool执行并行计算
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[1000000];
// 初始化数组...
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
SquareSumTask task = new SquareSumTask(array, 0, array.length);
long sum = pool.invoke(task);
System.out.println('Sum of squares: ' + sum);
}
// 自定义任务类,继承RecursiveAction
static class SquareSumTask extends RecursiveAction {
private final int[] array;
private final int start;
private final int end;
SquareSumTask(int[] array, int start, int end) {
this.array = array;
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected void compute() {
if (end - start THRESHOLD) {
// 如果数组长度小于阈值,直接计算
long sum = 0;
for (int i = start; i end; i++) {
sum += array[i] * array[i];
}
setRawResult(sum);
} else {
// 否则,拆分任务并递归执行
int mid = (start + end) >>> 1;
SquareSumTask leftTask = new SquareSumTask(array, start, mid);
SquareSumTask rightTask = new SquareSumTask(array, mid, end);
invokeAll(leftTask, rightTask);
// 合并结果
long leftSum = leftTask.getRawResult();
long rightSum = rightTask.getRawResult();
setRawResult(leftSum + rightSum);
}
}
}
}
OK, let me see , 在这个示例中,我们定义了一个SquareSumTask类,它继承自RecursiveAction。当数组长度超过阈值时,任务会被拆分为两个子任务并递归执行。最后,子任务的结果会被合并得到最终的总和。我们使用ForkJoinPool来执行这个任务,并打印出计算得到的平方和。
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