使用 STArray 的 Haskell 并行计算答案

【问题标题】：Haskell parallel computation using an STArray使用 STArray 的 Haskell 并行计算
【发布时间】：2012-04-09 20:52:38
【问题描述】：

我正在尝试并行计算，并将结果写入 STArray。我认为这段代码显示了我正在尝试做的事情。但是，我遇到了编译错误。

import Control.Monad
import Control.Monad.ST
import Control.Parallel
import Data.Array.ST

main = do
    arr <- newArray ((0,0), (5,5)) 0 :: ST s (STArray s (Int, Int) Int)
    runSTArray $ do
        par (writeArray arr (1,1) 17) (writeArray arr (2,2) 23)
        return arr
    print arr

我应该怎么做？

【问题讨论】：

我认为您应该使用Repa 进行并行数组操作。

标签： arrays haskell parallel-processing monads state-monad

【解决方案1】：

您使用newArray，其类型为ST s (STArray s (Int, Int) Int)。但是，您在main 函数的主体中使用它，这意味着您do 的所有内容都必须具有IO 类型。 ST 不是IO，所以类型不能匹配。

您应该首先将newArray 移动到可以访问ST monad 的上下文中。这个上下文当然在runSTArray的正文中是可用的，所以把正文改成：

    runSTArray $ do
        arr <- newArray ((0,0), (5,5)) 0 :: ST s (STArray s (Int, Int) Int)
        par (writeArray arr (1,1) 17) (writeArray arr (2,2) 23)
        return arr

然后，您需要重新考虑 par 的行为方式。 par 用于创建并行纯计算，不能用于单子操作； monad 通常根本无法并行化。特别是，ST monad 甚至没有为并行计算提供任何替代方案。由于对数组的并行写入可能会导致竞争条件（如果覆盖同一个单元会发生什么情况？哪个写入会计数，哪个不会？），在这里允许并行是不安全的。您必须按顺序更改数组：

    runSTArray $ do
        arr <- newArray ((0,0), (5,5)) 0 :: ST s (STArray s (Int, Int) Int)
        writeArray arr (1,1) 17
        writeArray arr (2,2) 23
        return arr

但是，写入并不昂贵；可能是昂贵的值的计算。假设您要即时计算17 和23；然后您可以执行以下操作：

let a = someLongCalculation 12534
    b = a `par` (someLongCalculation 24889)
writeArray arr (1, 1) a
writeArray arr (2, 2) b

最后，你必须意识到runSTArray返回结果数组，所以你必须像这样存储它：

import Control.Monad
import Control.Monad.ST
import Control.Parallel
import Data.Array.ST

main =
  let pureArr =
        runSTArray $ do
          arr <- newArray ((0,0), (5,5)) 0 :: ST s (STArray s (Int, Int) Int)
          writeArray arr (1,1) 17
          writeArray arr (2,2) 23
          return arr
  in print pureArr

我认为STArrays 在这里不是正确的解决方案。在需要并行对称数组计算的情况下，您应该使用更强大的数组库，例如 repa。

【讨论】：

谢谢，我已经知道如何进行顺序读写了。看起来我被卡住了，因为正如你所指出的，par monad 不允许我并行化这些动作。我将不得不研究如何使用 Repa 实现对数组的并行写入。
ST monad 不允许您进行并行处理。不过，如果您愿意，可以在 IO 和 forkIO 和公司中进行。
@LouisWasserman 你能详细说明一下吗？这是否允许我从所有分叉线程写入同一个数组？
Mutable arrays 同时存在于ST 和IO，因此如果您不希望ST 提供的类型保证，您可以从IO 使用它们。另外，当涉及到可变数组的并行修改时，请注意赛车。
是的。您可以并行写入 IO 数组，但如果多个线程尝试写入或读取 same 数组条目，线程安全将直接消失。

【解决方案2】：

par 用于并行组合纯操作。您正在编写有效的操作。你不能使用标准杆。此外，并行性是一种效果（至少在与突变组合时），并且在 ST monad 中对您不可用。我不能就构建代码的正确方法给你建议，因为事情太精简了，看不出你的实际问题域是什么。然而，我的一般建议是，使用像 fork（在 IO monad 中）或之类的显式并发构造来使用纯操作而不是 mutatey 数组。

【讨论】：