Заключение теоретической части.

В данном обзоре описывается, хотя бы очень кратко, большая часть основных вопросов связанных с поддержкой параллелизма в Java. Надеюсь, мне удалось передать наиболее важные аспекты этой проблемы в достаточном для понимания объеме.

Для реализации поставленной задачи я буду использовать описанные процессы и потоки, но мне нет необходимости использовать описанные в обзоре методы, так как задача стоит в оценке быстродействия вычислении функции при использовании разного количества потоков.

Алгоритм работы программы.

Согласно этому алгоритму напишем текст программы. Листинг программы приведем ниже.

Приложение 1.

import javax. swing.*; //подключение библиотеки вывода окна //на экран

public class Vine {

static int x=0,y=0,z=1; //инициализация общих аргументов //функции

//**********************************подсчет c использованием многопоточности

public static class ThreadTest implements Runnable {

long before1=0;long after1=0; //переменные подсчета времени

public void run() {

double calc; //переменная подсчета значений функ //ции

before1 = System.currentTimeMillis(); //установка значений переменной вре //мени «до»

for (int i=0; i<5000; i++) {

//подсчет значений функции

calc =(Math.sin(i*y)*Math.cos(z*2))+(Math.cos(i*y)*Math.sin(2*z));

//условие вывода на экран промежу //точного значения

if (i%1000==0) { //условие вывода промеж. знач

after1=System.currentTimeMillis(); //установка значений переменной вре //мени «после»

//вывод на экран промежуточного //значения

System.out.format("%s count %d fixing %.4f time %d ms\n",getName(),(i/1000),calc,(after1-before1));

}

}

}

}

public static String getName() {

return Thread.currentThread().getName(); //возвращение имени потока

}

//*********************************подсчет без использования многопоточности

public static void free() {

long before2=0;long after2=0; //переменные подсчета времени

before2= System.currentTimeMillis(); //установка значений переменной вре //мени «до»

double calc; //переменная подсчета значений функ //ции

for ( int i=0; i<5000; i++) {

//подсчет значений функции

calc =(Math.sin(i*y)*Math.cos(z*2))+(Math.cos(i*y)*Math.sin(2*z));

if (i%1000==0) { //условие вывода промеж. знач

after2=System.currentTimeMillis(); //установка значений переменной вре //мени «после»

//вывод на экран промежуточного //значения

System.out.format("count %d fixing: %.4f time %d ms\n",(i/1000),calc,(after2-before2));

}

}

}

public static void main(String[] args) { //функция main()

//вывод запроса на экран

String input_x = JOptionPane.showInputDialog("Введите количество потоков:");

x = Integer.parseInt(input_x); //считывание значения в переменную

//вывод запроса на экран

String input_y = JOptionPane.showInputDialog ("Введите аргумент A:") ;

y = Integer.parseInt(input_y); //считывание значения в переменную

//вывод запроса на экран

String input_z = JOptionPane.showInputDialog ("Введите аргумент B:") ;

z = Integer.parseInt(input_z); //считывание значения в переменную

//вывод на консоль текста

System.out.format("<Выполнение программы без использования многопоточности>\n");

free(); //вызов процедуры подсчета значения //функции без многопоточности

//вывод на консоль текста

System.out.format("<Выполнение программы c использованием многопоточности>\n");

// Подготовка потоков

Thread t[] = new Thread[x];

for (int i=0; i<t.length; i++) {

t[i]=new Thread(new ThreadTest(),"Thread "+i);

}

// Запуск потоков

for (int i=0; i<t.length; i++) {

t[i].start();

System.out.format("%s <starter> \n",t[i].getName());

}

System. exit(0); //завершение работы программы

}

}

Проанализируем результат выполнения программы. Результат выполнения программы приведен ниже.

Приложение 2.

Результат 1.

При работе 5 потоков.

<Выполнение программы без использования многопоточности>

count 0 fixing: 0,9093 time 0 ms

count 1 fixing: 0,9974 time 16 ms

count 2 fixing: 0,5394 time 16 ms

count 3 fixing: -0,9384 time 16 ms

count 4 fixing: 0,5476 time 31 ms

<Выполнение программы c использованием многопоточности>

Thread 0 <starter>

Thread 1 <starter>

Thread 2 <starter>

Thread 2 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 2 count 1 fixing 0,9974 time 47 ms

Thread 2 count 2 fixing 0,5394 time 47 ms

Thread 2 count 3 fixing -0,9384 time 47 ms

Thread 1 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 1 count 1 fixing 0,9974 time 62 ms

Thread 1 count 2 fixing 0,5394 time 62 ms

Thread 1 count 3 fixing -0,9384 time 62 ms

Thread 1 count 4 fixing 0,5476 time 78 ms

Thread 3 <starter>

Thread 4 <starter>

Thread 0 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 0 count 1 fixing 0,9974 time 78 ms

Thread 0 count 2 fixing 0,5394 time 78 ms

Thread 0 count 3 fixing -0,9384 time 94 ms

Thread 0 count 4 fixing 0,5476 time 94 ms

Thread 2 count 4 fixing 0,5476 time 109 ms

Thread 3 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 3 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 3 count 2 fixing 0,5394 time 16 ms

Thread 3 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 3 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 4 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 4 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 4 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 4 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 4 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Анализ: Согласно результату 1. видно что выполнении вычисления происходит за 31 мс, однако при использовании разбиения на 5 потоков мы видим что 0,1 и 2 поток слишком сильно запаздывают, а вот 3 и 4 поток выполняют вычисления за 16 мс. Такое запаздывание я связываю с загруженностью процессора другими процессами.

Для объективности проведем еще пару тестов с другим количеством потоков.

Результат 2.

При работе 3 потоков.

<Выполнение программы без использования многопоточности>

count 0 fixing: 0,9093 time 0 ms

count 1 fixing: 0,9974 time 15 ms

count 2 fixing: 0,5394 time 62 ms

count 3 fixing: -0,9384 time 62 ms

count 4 fixing: 0,5476 time 62 ms

<Выполнение программы c использованием многопоточности>

Thread 0 <starter>

Thread 1 <starter>

Thread 0 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 0 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 0 count 2 fixing 0,5394 time 16 ms

Thread 0 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 0 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 1 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 1 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 1 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 1 count 3 fixing -0,9384 time 0 ms

Thread 1 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 2 <starter>

Thread 2 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 2 count 1 fixing 0,9974 time 15 ms

Thread 2 count 2 fixing 0,5394 time 15 ms

Thread 2 count 3 fixing -0,9384 time 15 ms

Thread 2 count 4 fixing 0,5476 time 15 ms

Согласно результату 2. видно что выполнении вычисления происходит за 62 мс, если рассматривать этот результат в связке с предыдущим результатом, то видно что, одно и то же вычисление, происходит за разное время. Данный результат подтверждает то что на выполнение вычисления, влияют другие сторонние процессы, а так же использование не совершенного метода подсчета времени. Не зависимо от не совершенства метода из этого результата видно что при использовании разбиения на 3 потока значительное увеличение скорости вычисления, все потоки выполняют задачу за 16 мс.

Результат 3.

При работе 10 потоков.

<Выполнение программы без использования многопоточности>

count 0 fixing: 0,9093 time 0 ms

count 1 fixing: 0,9974 time 16 ms

count 2 fixing: 0,5394 time 16 ms

count 3 fixing: -0,9384 time 31 ms

count 4 fixing: 0,5476 time 31 ms

<Выполнение программы c использованием многопоточности>

Thread 0 <starter>

Thread 1 <starter>

Thread 0 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 0 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 0 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 0 count 3 fixing -0,9384 time 0 ms

Thread 0 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 1 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 1 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 1 count 2 fixing 0,5394 time 15 ms

Thread 1 count 3 fixing -0,9384 time 15 ms

Thread 1 count 4 fixing 0,5476 time 15 ms

Thread 2 <starter>

Thread 3 <starter>

Thread 4 <starter>

Thread 5 <starter>

Thread 6 <starter>

Thread 7 <starter>

Thread 2 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 2 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 2 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 2 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 2 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 3 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 3 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 3 count 2 fixing 0,5394 time 15 ms

Thread 3 count 3 fixing -0,9384 time 15 ms

Thread 3 count 4 fixing 0,5476 time 15 ms

Thread 4 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 4 count 1 fixing 0,9974 time 16 ms

Thread 4 count 2 fixing 0,5394 time 16 ms

Thread 4 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 8 <starter>

Thread 9 <starter>

Thread 7 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 7 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 7 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 7 count 3 fixing -0,9384 time 0 ms

Thread 7 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 6 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 6 count 1 fixing 0,9974 time 16 ms

Thread 6 count 2 fixing 0,5394 time 16 ms

Thread 6 count 3 fixing -0,9384 time 32 ms

Thread 6 count 4 fixing 0,5476 time 32 ms

Thread 4 count 4 fixing 0,5476 time 63 ms

Thread 8 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 8 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 8 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 8 count 3 fixing -0,9384 time 16 ms

Thread 8 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Thread 5 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 5 count 1 fixing 0,9974 time 63 ms

Thread 5 count 2 fixing 0,5394 time 79 ms

Thread 5 count 3 fixing -0,9384 time 79 ms

Thread 5 count 4 fixing 0,5476 time 79 ms

Thread 9 count 0 fixing 0,9093 time 0 ms

Thread 9 count 1 fixing 0,9974 time 0 ms

Thread 9 count 2 fixing 0,5394 time 0 ms

Thread 9 count 3 fixing -0,9384 time 0 ms

Thread 9 count 4 fixing 0,5476 time 16 ms

Анализ: Согласно результату 3. видно, что выполнении вычисления происходит за 31 мс, однако при использовании разбиения на 10 потоков мы видим что 4,5 и 6 поток слишком сильно запаздывают, а вот остальные потоки выполняют вычисления за 16 мс что говорит об оптимальным временем выполнения вычисления.

Если посмотреть на результаты анализов тестирования то можно сделать следующие выводы:

1. Необходимо использовать другие методы подсчета времени выполнения задачи, которые бы исключали из подсчета времени время отводимое процессором на выполнение других процессов.

2. Необходимо использовать большее количество тестов для большей достоверности результата, с использованием других функций и большего количества аргументов.

3. Необходимо устранить следующие факторы для увеличения быстродействия, используя для этого приведенную таблицу.

Таблица 1.

Фактор	Описание	Как обнаружить/ определить проблему?	Что было сделано для ее устранения?
Издержки запуска библиотеки с поддержкой потоков	Однократная издержка при запуске кода. Не имеет значения для большей части кода. Компонуется с запуском остальной части приложения	За пределами типовых измерений внутри кода сравнить время выполнения последовательного приложения с многопоточным	Не применимо Не подлежит настройке разработчиком
Издержки запуска потоков	Время создания потоков. Однократные затраты связанные с группировкой потоков.	Измерить несколько проходов во всем многопоточном коде;	Для компенсации этой издержки по возможности распределить по потокам циклы более высокого уровня или более длительные циклы
Издержки на каждый поток (планирование цикла)	Время, затраченное библиотекой с поддержкой многопоточности на распределение блоков задач по потокам	Провести измерения только в коде, зависящем от быстродействия, или нетипичном планировщике задач; см. ниже	Настроить планирование в своем коде;
Издержки управления блокировкой	Время, потраченное на управление блокировкой в важных разделах. Иногда используется при эталонном тестировании и сравнении разных реализаций.	Понаблюдать за частыми вызовами блокировки с помощью такого инструмента, как VTune Performance Analyzer. В большинстве случаев в коде, отягощенном блокировкой, возникают гораздо более серьезные проблемы с блокировкой;	Сократите блокировку для сокращения конфликтов блокировки и управления;

В данной работе, исправления согласно пунктам по итогам анализа результатов, и факторов указанных в таблице 1 не производилось, так как эта задача в постановке задачи не ставилась.