多线程是否意味着CPU使用率降低？

Question

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我有一个小的文件列表需要处理，这让我开始思考...

在C#中，我想使用TPL的Parallel.ForEach来利用现代多核CPU，但我的问题更多是假设性的；

实际上使用多线程是否意味着并行加载文件需要更长的时间（尽管可以使用尽可能多的CPU核心），而顺序加载每个文件则需要较少的CPU利用率？

换句话说：

多线程的重点是什么？并行执行更多任务，但速度更慢，还是专注于一项任务上使用所有计算资源？

- Reyhn

6个回答

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对于从磁盘加载文件，这可能会使事情变得更慢。操作系统试图将文件在磁盘上排列，以便每个文件只需要进行一次昂贵的磁盘查找。如果有很多线程读取很多文件，则线程之间会争用访问磁盘的权限，并且每次下一个线程获取轮换时，您将不得不重新定位到文件中的正确位置。

您可以使用正好两个线程。设置一个后台线程来加载所有文件，让另一个线程保持可用状态以执行其他任务，例如处理用户输入。在C＃ winforms中，您可以使用BackgroundWorker控件轻松实现此操作。

- Joel Coehoorn

同意第一部分，但第二部分只适用于“通常”。如果文件需要CPU大量处理，则可以使用更多线程，但每个磁盘只能使用1个线程进行读取。 - H H

@Henk - 如果它们需要的处理时间比阅读时间长，那么它们确实需要大量的处理。但即使在这种情况下，你几乎总是希望尽快按顺序读取文件，并使用生产者/消费者队列来处理处理，这样你就可以以最快的速度从一个文件中读取，并将工作项排队等待其他线程处理。 - Joel Coehoorn

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您提出了多个问题，所以我将我的回答分成了多个部分：

多线程可能对加载速度没有影响，这取决于加载过程中的瓶颈是什么。如果您正在从磁盘或数据库中加载大量数据，则 I/O 可能是限制因素。另一方面，如果“加载”涉及使用某些数据进行大量 CPU 工作，则使用多线程可能会加快速度。
一般来说，您无法将“所有计算资源集中在一个任务上”。一些多核处理器具有超频单个核心的能力，但这种速度提升不等于通过使用多线程/多进程充分利用所有核心所能获得的潜在性能优势。换句话说，它是不对称的——如果您拥有一个 4 核心 1Ghz 的 CPU，它不会能够通过禁用其他核心来将单个核心超频到 4ghz。事实上，这就是行业首先采用多核心的原因——至少目前我们已经达到了单个 CPU 运行速度的极限，因此我们选择增加更多的 CPU。
使用多线程有两个原因。第一个是您希望任务同时运行，因为同时发生两者都是可取的——例如，您希望 GUI 在执行其他工作时继续响应单击或键盘按键（事件循环是另一种实现此目的的方法）。第二个原因是利用多个核心获得性能提升。

- Joseph Garvin

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多线程对于高度可并行化的任务非常有用。CPU密集型任务非常适合。您的CPU有许多核心，许多线程可以使用许多核心。它们将使用更多的CPU时间，但最终它们将使用更少的“用户”时间。如果您的应用程序受到I/O限制，则多线程并不总是解决方案（但它可能会有所帮助）

- xanatos

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首先了解多线程和并行处理之间的区别可能会有所帮助，因为我经常看到它们被交替使用。Joseph Albahari撰写了一份非常有趣的指南，介绍了这个主题：C#中的线程-第5部分-并行处理

- Nano Taboada

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就像所有伟大的编程工作一样，它取决于情况。总的来说，您将从一个物理存储或一个物理控制器请求文件，该控制器将以任何方式序列化请求（或更糟糕的是，在经典硬盘上导致大量的头部前后移动），并减慢已经缓慢的I/O。

另一方面，如果控制器和介质是分开的，则从它们加载数据的多个核心应该比顺序方法更好。

- Jesse C. Slicer

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可以查看英文原文，
原文链接

- Ben Voigt · Accepted Answer

为了不增加延迟，并行计算程序通常每个内核只创建一个线程。非纯计算应用往往会添加更多的线程，以使可运行线程数等于内核数（其他线程处于I/O等待状态，不竞争CPU时间）。

现在，对于磁盘I/O受限的程序进行并行处理可能会导致性能下降；如果磁盘具有非零寻道时间，那么执行寻道操作所需的时间将会增加，实际读取数据的时间相应减少。这称为“磨损”或“抖动”。电梯式排序可以在一定程度上帮助解决问题，而真正的随机访问（如固态存储器）则可以更好地解决问题。

并行通常会增加总工作量，但仅当电池续航时间至关重要时才显得重要（考虑到其他组件（例如屏幕背光）使用的电量，完成更快通常仍然更加高效）。