Windows 表单中的多线程

Question

我用我的模型算法（加密和解密）在 Windows Forms CLI 中用动态链接库（在 C++ 和 ASM 中）编写了应用程序 Caesar Cipher。我的应用程序的那部分正在运行。

这里还有一个来自Windows Forms的多线程。用户可以选择线程数 (1-64)。如果他选择 2，则要加密（解密）的消息将分为两个子字符串，这两个子字符串将分为两个线程。我想并行执行这些线程，最终减少执行时间成本。

当用户按下加密或解密按钮时，将显示加密或解密的文本和执行 C++ 和 ASM 函数的时间成本。其实一切都很好，但是大于1的线程的时间不是更小，而是更大。

有一些代码：

/*Function which concats string for substrings to threads*/
        array<String^>^ ThreadEncipherFuncCpp(int nThreads, string str2){
            //Tablica wątków
            array<String^>^ arrayOfThreads = gcnew array <String^>(nThreads);
            //Przechowuje n-tą część wiadomosci do przetworzenia 
            string loopSubstring;
            //Długość podstringa w wiadomości
            int numberOfSubstring = str2.length() / nThreads;
            int isModulo = str2.length() % nThreads;
            array<Thread^>^ xThread = gcnew array < Thread^ >(nThreads);

            for (int i = 0; i < nThreads; i++)
            {
                if (i == 0 && numberOfSubstring != 0)
                    loopSubstring = str2.substr(0, numberOfSubstring);
                else if ((i == nThreads - 1) && numberOfSubstring != 0){
                    if (isModulo != 0)
                        loopSubstring = str2.substr(numberOfSubstring*i, numberOfSubstring + isModulo);
                    else
                        loopSubstring = str2.substr(numberOfSubstring*i, numberOfSubstring);
                }
                else if (numberOfSubstring == 0){
                    loopSubstring = str2.substr(0, isModulo);
                    i = nThreads - 1;
                }
                else
                    loopSubstring = str2.substr(numberOfSubstring*i, numberOfSubstring);

                ThreadExample::inputString = gcnew String(loopSubstring.c_str());
                xThread[i] = gcnew Thread(gcnew ThreadStart(&ThreadExample::ThreadEncipher));
                xThread[i]->Start();
                xThread[i]->Join();
                arrayOfThreads[i] = ThreadExample::outputString;
            }
            return arrayOfThreads;
        }}

这里是一个片段，负责计算C++的时间：

    /*****************C++***************/
    auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
    array<String^>^ arrayOfThreads = ThreadEncipherFuncCpp(nThreads, str2);
    auto elapsed = chrono::high_resolution_clock::now() - start;

    long long milliseconds = chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
    double micro = milliseconds;
    this->label4->Text = Convert::ToString(micro + " microseconds");
    String^ str3;
    String^ str4;
    str4 = str3->Concat(arrayOfThreads);
    this->textBox2->Text = str4;
    /**********************************/

以及工作示例：对于输入数据："Some example text. Some example text2." 程序会显示："Vrph hadpsoh whaw. Vrph hadpsoh whaw2."

1个线程的执行次数：

C++ time: 31231us. 
Asm time: 31212us.

2个线程的执行次数：

C++ time: 62488us. 
Asm time: 62505us.

4个线程的执行次数：

C++ time: 140254us. 
Asm time: 124587us.

32个线程的执行次数：

C++ time: 1002548us. 
Asm time: 1000020us.

如何解决这个问题？

我需要这个程序结构，这是学术项目。
我的 CPU 有 4 个内核。

Answer 1

它没有更快的原因是你没有让你的线程运行并行。

xThread[i] = gcnew Thread(gcnew ThreadStart(&ThreadExample::ThreadEncipher));
xThread[i]->Start();
xThread[i]->Join();

这三行创建线程，启动它运行ning，然后等待它完成。你在这里没有得到任何并行性，你只是增加了生成和等待线程的开销。

如果你想从多线程中获得加速，方法是一次启动所有线程，让它们全部运行，然后收集结果。

在这种情况下，我会这样做 ThreadEncipher（您没有向我们展示其来源，所以我在做假设）采用一个参数，该参数用作数组指数。不是让 ThreadEncipher 从 inputString 读取并写入 outputString，而是让它读取并写入数组的一个索引。这样，每个线程都可以同时读写。在生成所有这些线程之后，您可以等待所有这些线程完成，然后您可以处理输出数组，或者由于 array<String^>^ 已经是您的 return 类型，只需 return 照原样。

其他想法：

您在这里混合了非托管和托管对象。如果你选择一个并坚持下去会更好。由于您使用的是 C++/CLI，我建议您坚持使用托管对象。我会停止使用 std::string，而只使用 System::String^。
由于您的 CPU 有 4 个核心，您不会通过使用超过 4 个线程来获得任何加速。当 32 个线程花费的时间比 4 个长时，请不要感到惊讶，因为您正在执行 8 倍的字符串操作，并且您有 32 个线程争夺 4 个处理器内核。

您的字符串拆分代码比需要的更复杂。你那里有五个不同的案例，我必须坐下来考虑一下，以确保它是正确的。试试这个：

int totalLen = str2->length;
for (int i = 0; i < nThreads; i++)
{
    int startIndex = totalLen * i / nThreads;
    int endIndex = totalLen * (i+1) / nThreads;
    int substrLen = endIndex - startIndex;

    String^ substr = str2->SubString(startIndex, substrLen);
    ...
}

Windows 表单中的多线程

Multithreading in Windows Forms

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