C中多线程的数组组织/数据结构

Question

我想在程序中添加多线程，这样我就可以通过运行两个或多个并发进程来通过循环来加速任务。

代码大纲（没有多线程）是

double * a, *b, *c, *d; 
int n=10000;
int i, j;
a=(doube *)calloc(n, sizeof(double)); 
b=(doube *)calloc(n, sizeof(double)); 
c=(doube *)calloc(n, sizeof(double)); 
d=(doube *)calloc(n, sizeof(double)); 

setup(a, b); //routine to set the inital values of arrays a and b 

for (i=0; i<n; i++)
{
  for (j=0; j<n; j++)
  {
    if (i==j) continue;
    c[i]+=func(a[i],a[j]);   //calculation functions 
    d[j]+=func2(b[i],b[j]);
  }
}

所以我的计划是使用a 和b 数组中的数字来计算c 和d 中的值。

我想在上面代码片段的末尾对循环进行多线程处理，而不会因内存访问而遇到速度问题。 - 我想拆分循环，以便不同的线程分别运行在i 范围的一部分。

我可以在这里看到三种可能的方式。

[1] 单个数组用于 a,b,c,d- 但由于两个线程试图同时写入相同的数字而导致潜在的冲突。

[2] 为a,b 创建单个数组，但为c, d 创建多个数组，以便每个线程有一个副本。因此，线程将全部从相同的数组a,b 中读取，但它们将写入不同的数组c,d 以避免可能的冲突-c,d 的这些多个数组将在所有线程完成后组合在一起

[3] a,b,c,d 的多个数组 - 每个数组的副本为每个不同的线程制作，因此没有读取或写入“冲突”，c,d 的多个数组将再次组合在一起线程结束了

我希望答案不是 [1]，但非常感谢关于选项 [2] 或 [3] 是否更好的建议。 [3] 可能是最好的，但需要为每个线程复制 a,b 的输入数据的开销。

请注意，我搜索了类似的问题并发现了一些有用的东西（例如 Memory considerations with multithreading)，但是我还没有找到这个问题的明确答案。

Answer 1

[2] 可能是最好的。

多个线程对同一对象的不同步写入或写入和读取是数据竞争，这会导致未定义的行为。您可以添加锁定或原子性来避免这种情况，但通常会慢很多。所以 [1] 是不可接受的。即使线程访问数组的不同但附近的元素，由于缓存线乒乓，您可能会减慢速度。

但是只要没有人在写，多个线程同时读取同一个对象是没有问题的。事实上，最好只拥有被读取对象的一份副本；它节省了内存和缓存空间。因此，[2] 比 [3] 更有效。

Answer 2

让多个线程读取相同的数据（只要没有写入）不是问题。

如果一个线程负责更新c 而另一个线程负责更新d，您也不必担心写入。

所以你有一个带有嵌套循环的线程来处理c，另一个线程有自己的嵌套循环来处理d。而且由于每个线程都在写入不同的数据集，因此您无需担心它们的同步。

如果你这样做，[1] 很好。