如何利用 Java 多线程来获得最大速度和最小错误？

Question

我正在做作业，并且在利用线程使程序尽可能快地运行方面遇到了麻烦。该作业是关于生成大量随机自回避游走（SAW）的。

分配指南表示执行 1,000 个并发运行的线程，从而尽可能节省时间。每个线程内都存在一个嵌套的 for 循环。对于 n = 10 到 n = 40，程序生成 N_w 次行走。我的目标是使 N_w 尽可能大并产生更多的步行。

我已经创建了 1,000 个线程，但我不确定是否正确利用它们来尽可能快地进行计算。

SawGenerator 是一个扩展 Thread 的类，并包含一个嵌套的 for 循环来生成所有的遍历。我尝试通过创建 1,000 个 SawGenerators 并逐个启动它们来生成 1,000 个线程，并将每个 SawGenerator 中的 N_w 设置为 500。

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

        SawGenerator mySawGenerator = new SawGenerator();

        mySawGenerator.start();

}

for (Map.Entry<Integer, Double> entry : numSuccessfulWalks.entrySet()) {

        int curLength = entry.getKey();

        System.out.println("SAW's of length:  " + curLength);

        System.out.println("    numSuccessfulWalks(" + curLength + "): " + numSuccessfulWalks.get(curLength));

        System.out.println("    <Rn^2>: " + totalEndSqDist.get(curLength)/numSuccessfulWalks.get(curLength));

        System.out.println("    Fraction Perimeter: " + numSuccessfulWalks.get(curLength)/(1000*500));

    }

long endTime = System.currentTimeMillis();

System.out.println("Total Runtime in Seconds: " + ((endTime-startTime) / 1000));

然而，这给了我几个不同的结果：

1) 我的程序经常会因 ConcurrentModificationException 崩溃。我相信这是因为我的线程涉及到哈希图的插入，并且错误是多个线程试图同时更改同一个哈希图的结果。

2）“以秒为单位的总运行时间”，又名我的代码的最后一行，将在没有我也想在其之前打印的地图信息的情况下打印。不会有错误输出，我不确定是什么原因导致出现这种结果。

3）我的程序将运行并完成所有计算，没有任何问题。我认为这只发生在线程表现“理想”时。

然后，我在启动每个线程后添加了 join() 方法，这导致我的程序运行速度有点慢，但毫无疑问，它更加一致。我相信这是因为 join() 方法在开始下一个线程之前等待每个线程完成。

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

        SawGenerator mySawGenerator = new SawGenerator();

        mySawGenerator.start();

        try {

            mySawGenerator.join();

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

}

现在，当我试图加快程序速度时，我感觉自己陷入了僵局。在每个线程启动后不使用 join() 会更快，因为它允许并行运行计算。但是，它可能会导致诸如 ConcurrentModificationException 之类的错误。在我发现的第二个结果中，我得到了一个意想不到的结果，我的一些代码根本没有执行。

所以，我现在有两个问题：

1) 当我不加入我的线程时，我发现的结果中的#2 发生了什么？为什么我的代码的整个部分“跳过”执行？

但更重要的是：

2）如何正确使用线程，使其在运行时不会出现任何错误？我可以在每个线程启动后加入它们，但这意味着没有一个线程可以同时运行，不是吗？如果我这样做，我还不如不使用线程。

任何帮助，将不胜感激！提前致谢。:)

Answer 1

这是一个非常广泛的问题，我不确定它是否非常适合这种格式，但无论如何我都会尽力回答你。当我不加入我的帖子时，我发现的第 2 个结果发生了什么？为什么我的代码的整个部分“跳过”执行？当您启动一个线程时，它将在后台执行其代码，但启动本身返回得相当快。当您加入一个线程时，您会暂停自己的执行，直到正在加入的线程完成。如果没有加入，您实际上是在最终循环中“按原样”对执行结果进行采样，而此时许多线程可能仍在运行。因此，您会丢失这些结果。2）如何正确使用线程，使其在运行时不会出现任何错误？我可以在每个线程启动后加入它们，但这意味着没有一个线程可以同时运行，不是吗？如果我这样做，我还不如不使用线程。这是一个宽泛的问题，但我可以强调一些要点：使用的线程数不要超过可用于 CPU 密集型任务的 CPU 线程数最大限度地减少共享资源的并发修改。所有这些线程真的需要修改 Hashmap 吗？查看生产者/消费者设计。您可以有许多线程生成随机游走，而只有一个线程收集完成的游走。