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浅谈多核CPU、多线程与并行计算
来源：Linux社区&
作者：delacroix_xu
笔者用过MPI和C#线程池，参加过比赛，有所感受，将近一年来，对多线程编程兴趣一直不减，一直有所关注，决定写篇文章，算是对知识的总结吧。有说的不对的地方，欢迎各位大哥们指正：）
1.CPU发展趋势
核心数目依旧会越来越多，依据摩尔定律，由于单个核心性能提升有着严重的瓶颈问题，普通的桌面PC有望在2017年末2018年初达到24核心（或者16核32线程），我们如何来面对这突如其来的核心数目的增加？编程也要与时俱进。笔者斗胆预测，CPU各个核心之间的片内总线将会采用4路组相连：），因为全相连太过复杂，单总线又不够给力。而且应该是非对称多核处理器，可能其中会混杂几个DSP处理器或流处理器。
2.多线程与并行计算的区别
(1)多线程的作用不只是用作并行计算，他还有很多很有益的作用。
还在单核时代，多线程就有很广泛的应用，这时候多线程大多用于降低阻塞（意思是类似于
if(flag==1)
这样的代码）带来的CPU资源闲置,注意这里没有浪费CPU资源，去掉sleep(1)就是纯浪费了。
阻塞在什么时候发生呢？一般是等待IO操作（磁盘，数据库，网络等等）。此时如果单线程，CPU会干转不干实事（与本程序无关的事情都算不干实事，因为执行其他程序对我来说没意义），效率低下（针对这个程序而言），例如一个IO操作要耗时10毫秒，CPU就会被阻塞接近10毫秒，这是何等的浪费啊！要知道CPU是数着纳秒过日子的。
所以这种耗时的IO操作就用一个线程Thread去代为执行，创建这个线程的函数（代码）部分不会被IO操作阻塞，继续干这个程序中其他的事情，而不是干等待（或者去执行其他程序）。
同样在这个单核时代，多线程的这个消除阻塞的作用还可以叫做&并发&，这和并行是有着本质的不同的。并发是&伪并行&，看似并行，而实际上还是一个CPU在执行一切事物，只是切换的太快，我们没法察觉罢了。例如基于UI的程序（俗话说就是图形界面），如果你点一个按钮触发的事件需要执行10秒钟，那么这个程序就会假死，因为程序在忙着执行，没空搭理用户的其他操作；而如果你把这个按钮触发的函数赋给一个线程，然后启动线程去执行，那么程序就不会假死，继续相应用户的其他操作。但是，随之而来的就是线程的互斥和同步、死锁等问题，详细见有关文献。
现在是多核时代了，这种线程的互斥和同步问题是更加严峻的，单核时代大都算并发，多核时代真的就大为不同，为什么呢？具体细节请参考有关文献。我这里简单解释一下，以前volatile型变量的使用可以解决大部分问题，例如多个线程共同访问一个Flag标志位，如果是单核并发，基本不会出问题（P.S.在什么情况下会出问题呢？Flag有多个，或者是一个数组，这时候只能通过逻辑手段搞定这个问题了，多来几次空转无所谓，别出致命问题就行），因为CPU只有一个，同时访问这个标志位的只能有一个线程，而多核情况下就不太一样了，所以仅仅volatile不太能解决问题，这就要用到具体语言，具体环境中的&信号量&了，Mutex，Monitor，Lock等等，这些类都操作了硬件上的&关中断&，达到&原语&效果，对临界区的访问不被打断的效果，具体就不解释了，读者可以看看《现代操作系统》。
(2)并行计算还可以通过其他手段来获得，而多线程只是其中之一。
其他手段包括：多进程（这又包括共享存储区的和分布式多机，以及混合式的），指令级并行。
ILP（指令级并行），x86架构里叫SMT（同时多线程），在MIPS架构里与之对应的是super scalar（超标量）和乱序执行，二者有区别，但共同点都是可以达到指令级并行，这是用户没法控制的，不属于编程范围，只能做些有限的优化，而这有限的优化可能只属于编译器管辖的范畴，用户能做的甚少。
(3)典型的适于并行计算的语言
Erlang和MPI：这两个前者是语言，后者是C++和Fortran的扩展库，效果是一样的，利用多进程实现并行计算，Erlang是共享存储区的，MPI是混合型的。
C#.NET4.0：新版本4.0可以用少量代码实现并行For循环，之前版本需要用很繁琐的代码才能实现同样功能。这是利用了多线程实现并行计算。Java和C#3.5都有线程池（ThreadPool），也是不错的很好用的多线程管理类，可以方便高效的使用多线程。
CUDA，还是个初生牛犊，有很大的发展潜力，只不过就目前其应用领域很有限。其目前只能使用C语言，而且还不是C99，比较低级，不能使用函数指针。个人感觉这由于硬件上天生的局限性（平均每个核心可用内存小，与系统内存通讯时间长），只适用于做科学计算，静态图像处理，视频编码解码，其他领域，还不如高端CPU。等以后GPU有操作系统了，能充分调度GPU资源了，GPU就可以当大神了。游戏中的物理加速，实际上多核CPU也能很好的做到。
其他语言。。。恩。。留作将来讨论。
3.线程越多越好吗？什么时候才有必要用多线程？
线程必然不是越多越好，线程切换也是要开销的，当你增加一个线程的时候，增加的额外开销要小于该线程能够消除的阻塞时间，这才叫物有所值。
Linux自从2.6内核开始，就会把不同的线程交给不同的核心去处理。Windows也从NT.4.0开始支持这一特性。
什么时候该使用多线程呢？这要分四种情况讨论：
a.多核CPU&&计算密集型任务。此时要尽量使用多线程，可以提高任务执行效率，例如加密解密，数据压缩解压缩（视频、音频、普通数据），否则只能使一个核心满载，而其他核心闲置。
b.单核CPU&&计算密集型任务。此时的任务已经把CPU资源100%消耗了，就没必要也不可能使用多线程来提高计算效率了；相反，如果要做人机交互，最好还是要用多线程，避免用户没法对计算机进行操作。
c.单核CPU&&IO密集型任务，使用多线程还是为了人机交互方便，
d.多核CPU&&IO密集型任务，这就更不用说了，跟单核时候原因一样。
4.程序员需要掌握的技巧/技术
(1)减少串行化的代码用以提高效率。这是废话。
(2)单一的共享数据分布化：把一个数据复制很多份，让不同线程可以同时访问。
(3)负载均衡，分为静态的和动态的两种。具体的参见有关文献。
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不卖关子，直接上结论吧。。。现在几乎找不到单纯的单线程程序了，现在的程序(Windows)，除非功能及其简单的程序，几乎全部会创建2个或以上的线程，甚至创建几十上百个线程。楼主用Windows API 查询了下进程，如下图：，，随便一个程序的进程，创建的线程数都是惊人的多
gpu性能优越,通过国家安防权威认证! 通过国家3C质量认证!
GPU吧毕竟讨论的硬件，所以还得回到正题：，软件创建了如此多的线程，而我的CPU只有双核或四核，岂不是浪费？这么多线程，而CPU只有几个线程，多的线程占用了同一个CPU的时间，不能并行执行，当然不会提高程序的执行性能，所以你只有双核双线程的CPU，就算程序创建100个线程，也是然并卵的。，当然开发人员用这么多线程，并不单纯是为了提高性的，多线程的一个及其重要的作用：防止线程阻塞！，为了说明问题，楼主写了个简单的查找文件的小程序，先来个单线程的：如下图：通过API查询为单线程
单纯的单线程程序，很容易发生线程阻塞，导致软件崩溃：，，就像这样，所以现在的软件都必须做成多线程优化的，才具有实际使用价值
下面是做成3个线程后，2个线程由于实际工作，1个线程用于响应用户操作：软件实用性立马好很多，，通过API查询为3个线程：，
总结一下：1、现实情况是，99%的软件都是多线程优化的，真正的单线程程序少的可怜。。2、程序进行多线程优化，并不一定就是为了单纯提高性能的，还有可能是解决线程阻塞的，所以有时候有的软件创建几十上百个线程。。3、其实程序多线程优化很好做的，楼主以前也以为多线程优化不好做，那是站在算法角度看，算法用多线程确实不好优化。但功能上进行多线程优化，是很容易的。。4、多线程优化的程序，也不一定就在多核CPU上有更好的性能表现，这些线程，并不一定实在并行同步执行同一个任务，所以多线程优化的程序不一定就会有更好的性能。关键还的看开发人员是怎么写的。
好久没来了，吧主呢？
所以用了多线程的程序并不一定有很好的并发能力，还是要看实测咯？
能不能测测手机，mtk的10核到底什么时候能群上
算法多线程优化难，功能多线程优化易，总结得不错。多线程做一件事情难，做多件事情容易，多new一些线程就行。这让我想起当初炮神的gpuflops，开始cpu烤机的ui刷新在主线程，导致烤机的时候ui响应迟钝、卡，ui刷新的时候烤机会stall。后来炮神接受别人的意见，ui刷新开辟一个新线程，就不卡了。
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楼主，你的意思是，同样功能的线程会被创建很多个，但是这些线程里可能只有一个在干活？如果那个唯一干活的线程阻塞了，用什么方法能唤醒闲置的线程来接盘呢？
ios用instruments看就没有单线程的软件
我自己写不服，还有坦克世界
又对硬件重燃兴趣了？
单片机是我的玩具
玩的东西，越来越高端了
多线程其实不等同于多核 多线程算是并发 多核是并行
不是说占有多少线程就是多少线程优化，或者说不是常人理解的多线程，也不是实用的多线程。
然而在移动设备上单线程性能更重要，跑游戏就可看出差距，即使 20core A53 依然跑不过 4core A73
所有的gui程序都需要异步处理啊 要做异步落到底层就是靠多个线程或者硬件中断 谁说多线程没意义的
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&& 有一点一直在困扰，看过资料介绍多线程的时候说：“运行状态：处于这个状态的线程占用CPU，执行程序代码。在并发运行环境中，如果计算机只有一个CPU，那么任何时刻只会有一个线程处于这个状态。”
& 那如果如果多核cpu会不会有真正意义上的多个线程的并行,
计算机的多核与多个cpu有什么区别
问题补充：wkoffee 写道多核相当于多个cpu，每个核可以独立的执行一个线程。
你的意思能理解为，现在的双核cpu就是已经真正意义的多线程?
是否是真相？
引用你的意思能理解为，现在的双核cpu就是已经真正意义的多线程?
不知道你对“真正意义”怎么理解，在单cpu单核环境中多线程也是有很大价值的。我想你是想知道是否双核cpu可以同时执行两个线程的指令，不是靠时间片轮转来分享cpu的话，那目前的双核cpu就是如此。
另一种是超线程或叫smt的技术，可以在一个core上同时运行多个线程，由cpu硬件完成线程切换，但因为一个核只有一套执行单元，同一时刻只有线程在运行。
多核相当于多个cpu，每个核可以独立的执行一个线程。
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