基本 Java 线程（4 个线程）比非线程慢

Question

我有一个四核CPU。我创建了 4 个线程和运行一个 cpu 密集循环，它花费的时间比运行在一个线程中全部程序化花费的时间长 > 4 倍。

我创建了两个项目进行比较，一个有线程，一个没有。我将显示代码和运行次。请注意没有线程的项目看起来很奇怪的原因是我想复制内存开销，因为我不确定它会影响运行时间。所以，这是没有线程的代码：

class TimeTest implements Runnable {
    private Thread t;
    private String name;

    TimeTest(String name) {
        this.name = name;
        System.out.println("Creating class " + name);
    }

    public void run() {
        System.out.println("Running class " + name);

        int value = 100000000;
//        try {
            while (--value > 0) {
                Math.random();
//                Thread.sleep(1);
//                System.out.println("Class " + name + " " + value);
            }
//        } catch (InterruptedException e) {
//            System.out.println("Interrupted " + name);
//        }

        System.out.println("Class " + name + " exiting...");
    }

    public void start() {
        System.out.println("Starting class " + name);

        if (t == null) {
            t = new Thread(this, name);
//            t.start();
            this.run();
        }
    }
}

public class ThreadComp {
    public static void main(String[] args) {
        TimeTest one = new TimeTest("Class-1");
        one.start();

        TimeTest two = new TimeTest("Class-2");
        two.start();

        TimeTest three = new TimeTest("Class-3");
        three.start();

        TimeTest four = new TimeTest("Class-4");
        four.start();
    }
}

这运行大约需要 11 秒。

这是带线程的代码：

class RunnableTest implements Runnable {
    private Thread t;
    private String name;

    RunnableTest(String name) {
        this.name = name;
        System.out.println("Creating thread " + name);
    }

    public void run() {
        System.out.println("Running thread " + name);
        int value = 100000000;
//        try {
            while (--value > 0) {
                Math.random();
//                Thread.sleep(1);
//                System.out.println("Thread " + name + " " + value);
            }
//        } catch (InterruptedException e) {
//            System.out.println("Interrupted " + name);
//        }

        System.out.println("Thread " + name + " exiting...");
    }

    public void start() {
        System.out.println("Starting thread " + name);

        if (t == null) {
            t = new Thread(this, name);
            t.start();
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        RunnableTest one = new RunnableTest("Thread-1");
        one.start();

        RunnableTest two = new RunnableTest("Thread-2");
        two.start();

        RunnableTest three = new RunnableTest("Thread-3");
        three.start();

        RunnableTest four = new RunnableTest("Thread-4");
        four.start();
    }    
}

这运行秒大约需要 1 分 13 秒。

现在，在我学习的示例中，他们在引导期间调用 Thread.sleep 50 毫秒。如果我这样做，如果我还在非线程 class 上调用 Thread.sleep(50)，线程运行会更快。

太棒了，我知道如何让它发挥作用。但是我学习这个的原因是我正在做寻路，我不会在已经需要很长时间并且不需要暂停并且甚至 1ms 什么都不做的东西上添加睡眠调用（除非它绝对必须）。

所以，我想知道我错过了什么？线程是否绝对必须进入睡眠状态，或者对象是否必须等待它们才能按我的意图工作（即运行并行执行所有四个循环）？

即使我只是犯了一个错误，为什么要花这么长时间？我认为最坏的情况，它仍然会在 11 秒内运行，它会以某种不可预见的顺序完成....

Answer 1

执行时间的巨大差异是由Math.random()方法造成的。如果您深入研究它的实现，您会发现它使用在所有线程之间共享的静态 randomNumberGenerator。如果你更深入一步，那么你会注意到执行依赖于 int next(int) 方法，而该方法又使用 Random.seed，即 AtomicLong（考虑到所有线程都使用相同的 Random！）。现在我们来到 AtomicLong，这是通过 optimistic locking 实现的——这就是问题所在。乐观锁不是为高负载设计的，当多个线程试图同时访问它们时，它们会受到很大影响，这就是您观察到的性能下降。

TL;DR：使用 ThreadLocalRandom（感谢@bayou.io 提到这一点）并享受性能提升。

Answer 2

你的问题是你正在使用 Math.random()。有关此方法的文档：

...

This method is properly synchronized to allow correct use by more than one thread. However, if many threads need to generate pseudorandom numbers at a great rate, it may reduce contention for each thread to have its own pseudorandom-number generator.

（强调我的）

所以解决方案是为每个线程创建一个新的Random。

基本 Java 线程（4 个线程）比非线程慢

Basic Java threading (4 threads) slower than non-threading

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