为什么使用全局变量会使多线程执行速度减慢 2 倍，而在其他环境中却使其速度提高 2 倍？

Question

以下代码取自用g++编译的示例。多线程比单线程快 2 倍。

我在 Visual Studio 2019 年执行它，结果恰恰相反：单线程比多线程快 2 倍。

#include<thread>
#include<iostream>
#include<chrono>
using namespace std;

using ll = long long;
ll odd, even;
void par(const ll ini, const ll fim)
{
    for (auto i = ini; i <= fim; i++)
        if (!(i & 1))
            even += i;
        
}

void impar(const ll ini, const ll fim)
{
    for (auto i = ini; i <= fim; i++)
        if (i & 1)
            odd += i;
}
int main()
{
    const ll start = 0;
    const ll end = 190000000;

/* SINGLE THREADED */
    auto start_single = chrono::high_resolution_clock::now();
    par(start, end);
    impar(start, end);
    auto end_single = chrono::high_resolution_clock::now();
    auto single_duration = chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(end_single - start_single).count();
    cout << "SINGLE THREADED\nEven sum: " << even << "\nOdd sum: " << odd << "\nTime: " << single_duration << "ms\n\n\n";
/* END OF SINGLE*/

/* MULTI THREADED */
    even = odd = 0;
    auto start_multi= chrono::high_resolution_clock::now();
    thread t(par, start, end);
    thread t2(impar, start, end);
    t.join();
    t2.join();
    auto end_multi = chrono::high_resolution_clock::now();
    auto multi_duration = chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(end_multi - start_multi).count();
    cout << "MULTI THREADED\nEven sum: " << even << "\nOdd sum: " << odd << "\nTime: " << multi_duration << "ms\n";
/*END OF MULTI*/
    cout << "\n\nIs multi faster than single? => " << boolalpha << (multi_duration < single_duration) << '\n';
}

但是，如果我对我的函数进行如下所示的小修改：

void par(const ll ini, const ll fim)
{
    ll temp = 0;
    for (auto i = ini; i <= fim; i++)
        if (!(i & 1))
            temp += i;
    even = temp;
}

void impar(const ll ini, const ll fim)
{
    ll temp = 0;
    for (auto i = ini; i <= fim; i++)
        if (i & 1)
            temp += i;
    odd = temp;
}

多线程性能更好。我想知道是什么导致了这种行为（解释它的实现中可能存在哪些差异）。

此外，我使用 www.onlinegdb.com 的 gcc 进行了编译，结果与我机器中 Visual Studio 的结果相似。

Answer 1

您是 false sharing 的受害者。

odd和even相邻，从两个线程访问它们会导致L3缓存行争用（a.k.a false sharing).

您可以通过将它们展开 64 个字节来修复它，以确保它们位于不同的缓存行中，例如，像这样：

alignas(64) ll odd, even;

有了这个改变，我用 2 个线程得到了很好的加速：

SINGLE THREADED
Even sum: 9025000095000000
Odd sum: 9025000000000000
Time: 825954ms


MULTI THREADED
Even sum: 9025000095000000
Odd sum: 9025000000000000
Time: 532420ms

至于 G++ 性能 - 它可能正在执行您手动为您进行的优化。 MSVC 在优化全局变量时更加谨慎。

为什么使用全局变量会使多线程执行速度减慢 2 倍，而在其他环境中却使其速度提高 2 倍？

Why using global variabes makes the multi-threaded execution 2x slower while in other environment it makes it 2x faster?

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performance

multithreading

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