在线程中计算圆周率

Question

在线程中计算圆周率

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我有两个使用蒙特卡洛方法计算π的实现：一个有线程，一个没有。没有使用线程的实现可以正常工作，但是使用线程的方法在准确性和性能方面存在问题。下面是代码：

没有使用线程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>


int main()
{
    srand(time(NULL));

    unsigned long N = 0, Nin = 0;
    float x,y;

    while(N < 2E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;

        if(x*x + y*y < 25.0) Nin += 1;
        N++;
    }
    long double pi = 4.0 * (long double)Nin / (long double)N;

    printf("\tPi1: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, Nin, N);

    return 0;
}

并且使用线程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>


typedef struct 
{
    unsigned long Nin;
    unsigned long N;
} nums;


void pi_counter(nums* a)
{
    float x,y;
    unsigned int N = 0, Nin = 0;

    while(N < 1E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;


        if(x*x + y*y < 25.0) Nin++;
        N++;
    }

    a -> Nin += Nin;
    a -> N   += N;
}


int main()
{
    pthread_t thread1, thread2, thread3;
    nums a;

    srand(time(NULL));

    pthread_create( &thread1, NULL, pi_counter, &a );
    pthread_create( &thread2, NULL, pi_counter, &a );

    pthread_join( thread1, NULL );
    pthread_join( thread2, NULL ); 

    long double pi = 4.0 * (long double)a.Nin / (long double)a.N;


    printf("\tPi2: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, a.Nin, a.N);

    return 0;
}

结果：

$ time ./pi2
    Pi2: 3.14147154999999999995
    1570735775 2000000000

real    1m1.927s
user    1m23.624s
sys 0m0.139s



$ time ./pi
    Pi1: 3.14158868600000000006
    1570794343 2000000000

real    0m49.956s
user    0m49.887s
sys 0m0.022s

我的错误在哪里？

- sashab

3个回答

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除了其他的答案，以下代码中

a -> Nin += Nin;
a -> N   += N;

a是共享的，但没有被互斥锁保护，会导致错误的加法。虽然你可能没有遇到过这个问题，但最终你会遇到。

- Chang Peng

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你使用线程并发地调用rand()函数，会导致结果相同的数列。这是因为虽然每次执行结果不同，但是算法本身没有问题（是概率算法，无法保证每次结果都不同）。为什么会出现相同的数列呢？因为每个进程拥有一个独立的随机数种子，而线程也是一种轻量级的进程。

- Svisstack

实际情况更糟：它会引发未定义行为。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- R.. GitHub STOP HELPING ICE · Accepted Answer

rand 不是线程安全的；在多个线程中同时使用它会导致未定义行为。你可以将其包装在一个函数中，在调用 rand 时获取并持有互斥锁，或者你可以使用 rand_r 或（更好的选择）编写一个适当的 PRNG 以替代它。