多线程就一定比单线程快吗?

为什么要使用多线程?
 
在探讨文章题目之前,我们先来思考这样一个问题,你为什么要使用多线程?我相信很多人在遇到这个问题时会不假思索的回答出答案,因为并发快,那为什么并发快呢?

对于多核 CPU 来说,每个物理核心都能独立执行任务,这种条件下,使用并发技术(准确的来说这里可以称之为并行,因为多核)当然合情合理。但是我们来想想对于单核的 CPU ,为什么操作系统还要引入多线程技术呢?或者说是我们的程序为何要利用多线程技术呢?

设想一下这样的一个场景,我们现在的程序是单线程的,而且代码中充斥着大量的读取文件内容的操作,而我们知道,硬盘的读写速度与内存差好几个数量级,那么进行 IO 时就不得不阻塞,等待 IO 的完成。那等待 IO 的时候,CPU 在干啥呢?没错,CPU 在发呆,因为我们的程序是单线程的,换句话说,程序是串行执行的,在任何地方发生了阻塞,都将导致无法进行其他任何的工作。

线程阻塞时,CPU 在那愣着,那么 CPU 就没有得到充分的利用,而造成资源浪费。而使用多线程,就是出于尽量榨干 CPU 的思想,将任务拆分,由不同的线程去完成被拆分的部分,这样就算遇到我之前所说的,需要等待的情况,那么随着该线程时间片的耗尽,别的线程也不会让 CPU 在那发呆。

综上,使用多线程的很大一部分原因在于,当某个线程阻塞时,让别的工作能够正常执行,比如,现在的 Web 应用程序,如果是单线程的话,对于请求的处理,那就只能一个一个的处理,如果有个请求在处理的时候阻塞了,那行了,后边的都等着吧。这样的网站,相信过不了两天就得 GG。而且对于现在的网络应用程序很多都是 IO 密集型的任务,使用多线程技术就变得更加的无可厚非了。

 
多线程就必定比单线程快?
 
说回文章正题,并发就是银弹吗?能保证性能一定比单线程好?

我们来看一个简单的测试用例。这是一个简单的对两个数进行累加和递减的代码,其中对于并发的测试,我们将累加和递减交由两个线程来完成。而对于串行的测试,我们将在一个线程内完成这两个操作。

package FirstChapter;

public class ConcurrencyTest {
	
	private static final long count = 10000;
	

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		
		System.out.println("当前操作次数为:" + count);
		//并发执行
		concurrency();
		//串行执行
		serial();
	}
	
	//并发执行,a的累加操作由另外一个线程执行,b的递减操作依然后主线程来执行
	private static void concurrency() throws InterruptedException {
		long start = System.currentTimeMillis();
		Thread thread = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				long a = 0;
				for(int i = 0;i < count;i++)
					a += 5;
			}
		});
		thread.start();
		long b = 0;
		for(int j = 0;j < count;j ++)
			b--;
		//将对a的累加的任务交由另外的线程执行
		thread.join();
		long time = System.currentTimeMillis() - start;
		System.out.println("并发执行耗时:"+time+"ms");
	}
	
	//串行执行,a的累加操作和b递减操作都由主线程来执行
	private static void serial() {
		long start = System.currentTimeMillis();
		long a = 0;
		for(int i = 0; i < count; i++) {
			a += 5;
		}
		long b = 0;
		for(int i = 0;i < count; i++) {
			b--;
		}
		long spend = System.currentTimeMillis() - start;
		System.out.println("串行耗时:"+spend+"ms");
	}

}

笔者的电脑配置主要如下

  • CPU:i7-3630QM
  • 内存:8G

代码中 count 变量代表操作次数,我们来改变 count 的数值来查看控制台打印结果。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

当 count 为 10000 和 100000 时,并发执行是比串行慢的,说明并发并非是银弹,多线程未必就一定比单线程快。

那为什么并发执行会出现比串行执行慢的情况呢?最主要的就是下面这两个原因。

  • 上下文切换
  • 线程创建所带来的开销

总结

并发编程的目的是为了让程序运行的更快,但是,并不是启动更多的线程就能让程序最大限度地并发运行。并且,在进行并发编程时,如果希望通过多线程执行任务让程序运行的更快,将会面临非常多的挑战,比如上下文切换问题、死锁等。

参考书籍:《Java 并发编程的艺术》 — 方腾飞 魏鹏 程晓明 著

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/u013568373/article/details/93488554