Многопоточное программирование

@Pumie · Регистрация: 15.06.2014

Студворк — интернет-сервис помощи студентам

Приветствую!

Написала программу умножения матриц, теперь нужно сделать его параллельным.
Хочу распараллелить вычисление строк, т.е. в функцию умножения предстоит передача номера строки.

Не могу разобраться, где в моем случае будет находиться run() - вместо функции Multiply (которая в свою очередь будет вычислять не всю матрицу, а только строку)?

Привожу код последовательного выполнения умножения.

Заранее спасибо за участие.

Кликните здесь для просмотра всего текста

Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
package javaapplication2;
 
import java.util.Random;
import static javaapplication2.javaapplication2.Matrix.Multiply;
/**
 *
 * @author User
 */
public class javaapplication2 {
 
    public static class Matrix 
    {
        public int[][] matrix;
        public int height;
        public int width;
        Random rand=new Random();
        
        public Matrix(int height, int width)
        {
           this.height=height;
           this.width=width;
           this.matrix=new int [height][width];
        }
        
        public void fillRand ()
        {
           for (int i=0; i<height; i++)
            {
                for (int j=0; j<width; j++)
                {
                    matrix[i][j]=rand.nextInt(10);
                }
            }
        }
        
        public void print ()
        {
            System.out.println("printing");
            for (int i=0; i<height; i++)
            {
                for (int j=0; j<width; j++)
                {
                    System.out.print(matrix[i][j]+" ");
                }
                System.out.println();
            }
        }
        
        public void set (int i, int j, int value)
        {
            matrix[i][j]=value;
        }
        
        public int get (int i, int j)
        {
            return matrix[i][j];
        }
        
        public static Matrix Multiply (Matrix mat_1, Matrix mat_2)
        {
         int h1=mat_1.height;
         int w1=mat_1.width;
         int w2=mat_2.width;
         Matrix mat_fin=new Matrix(h1, w2);
         int sum;
         for (int i=0; i<h1; i++)
         {
           for (int j=0; j<w2; j++)
           {
               sum=0;
               for (int w=0; w<w1; w++){
                  sum+=mat_1.get(i, w)*mat_2.get(w, j);
               }
               //System.out.println("sum"+i+" ,"+j+"="+sum);
               mat_fin.set(i, j, sum);
           }
       }
        return mat_fin;
    }
     }
    
    
     /**
     * @param args the command line arguments
     */    
    
    public static void main(String[] args) {
        // TODO code application logic here
        
        int m, n, k;
        m=200;
        n=300;
        k=400;
        Matrix mat_1=new Matrix(m, n);
        Matrix mat_2=new Matrix(n, k);
        //Matrix mat_fin=new Matrix(m, k);
        
        mat_1.fillRand();
        mat_2.fillRand();
        
        mat_1.print();
        mat_2.print();
        
        Matrix mat_fin=Multiply(mat_1, mat_2);
               
        mat_fin.print();
             
        
    }
    
}

@lemegeton · 03.05.2015, 22:40

Распараллеливание вычисления одного значения результирующей матрицы будет более оптимальным, так как неизвестно количество строк результирующей матрицы. Может оказаться всего одна строка, что нивелируюет преимущество многопоточного умножения.

Матрица (без проверок границ):

Matrix

Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
import java.util.Arrays;
 
public class Matrix {
 
    private final double[][] data;
 
    public Matrix(int height, int width) {
        this.data = new double[height][width];
    }
 
    public Matrix(double[][] data) {
        this.data = copy(data);
    }
 
    public int getHeight() {
        return data.length;
    }
 
    public int getWidth() {
        return data[0].length;
    }
 
    public double get(int row, int col) {
        return data[row][col];
    }
 
    public void set(int row, int col, double value) {
        data[row][col] = value;
    }
 
    /**
     * Return a new copy of specified row
     *
     * @param n row number to copy
     * @return a new instance of double array
     */
    public double[] getRow(int n) {
        return Arrays.copyOf(data[n], data[n].length);
    }
 
    /**
     * Return a new copy of specified column
     *
     * @param n column number to copy
     * @return a new instance of double array
     */
    public double[] getColumn(int n) {
        double [] result = new double[data.length];
        for (int i = 0; i < data.length; ++i) {
            result[i] = data[i][n];
        }
        return result;
    }
 
    /**
     * Returns a copy of matrix data in form of a two-dimension array
     *
     * @return a new two-dimension array of doubles
     */
    public double[][] getAsDoubleArray() {
        return copy(data);
    }
 
    private double[][] copy(double[][] data) {
        double[][] result = new double[data.length][];
        for (int i = 0; i < data.length; ++i) {
            result[i] = Arrays.copyOf(data[i], data[i].length);
        }
        return result;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Matrix{" +
                "data=" + Arrays.deepToString(data) +
                '}';
    }
}

Операции над матрицами. Генерация случайной матрицы, умножение матриц в один поток, умножение матриц в несколько потоков. Количество потоков зависит от количества процессоров.

Matrices

Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public final class Matrices {
 
    public static final Random RANDOM = new SecureRandom();
 
    private Matrices() {
    }
 
    public static Matrix generate(int height, int width, int min, int max) {
        final Matrix result = new Matrix(height, width);
        for (int i = 0; i < height; ++i) {
            for (int j = 0; j < width; ++j) {
                result.set(i, j, min + RANDOM.nextInt(max - min));
            }
        }
        return result;
    }
 
    public static Matrix multiply(Matrix a, Matrix b) {
        if (a.getWidth() != b.getHeight()) {
            throw new IllegalArgumentException("first matrix width should be equal to second matrix height");
        }
        final Matrix result = new Matrix(a.getHeight(), b.getWidth());
        for (int i = 0; i < a.getHeight(); ++i) {
            for (int j = 0; j < b.getWidth(); ++j) {
                for (int r = 0; r < a.getWidth(); ++r) {
                    result.set(i, j, result.get(i, j) + a.get(i, r) * b.get(r, j));
                }
            }
        }
        return result;
    }
 
    public static Matrix parallelMultiply(final Matrix a, final Matrix b) throws InterruptedException {
        if (a.getWidth() != b.getHeight()) {
            throw new IllegalArgumentException("first matrix width should be equal to second matrix height");
        }
        final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
        final Matrix result = new Matrix(a.getHeight(), b.getWidth());
        for (int i = 0; i < a.getHeight(); ++i) {
            for (int j = 0; j < b.getWidth(); ++j) {
                executorService.submit(new ParallelMatrixMultiplier(a, b, result, i, j));
            }
        }
        executorService.shutdown();
        executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
        return result;
    }
 
    private static class ParallelMatrixMultiplier implements Runnable {
        private final Matrix a;
        private final Matrix b;
        private final Matrix result;
        private final int i;
        private final int j;
 
        private ParallelMatrixMultiplier(Matrix a, Matrix b, Matrix result, int i, int j) {
            this.a = a;
            this.b = b;
            this.result = result;
            this.i = i;
            this.j = j;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            for (int r = 0; r < a.getWidth(); ++r) {
                result.set(i, j, result.get(i, j) + a.get(i, r) * b.get(r, j));
            }
        }
    }
 
}

Проверочный класс, измеряющий время умножения двух крупных матриц в один поток и в несколько потоков.
(на четырех процессорных системах многопоточное умножение должно быть раза в два быстрее)

Launcher

Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
public class Launcher {
 
    private static volatile Matrix result;
 
    private static void multiplyMatrix() {
        final Matrix a = Matrices.generate(700, 700, 0, 4);
        final Matrix b = Matrices.generate(700, 700, 0, 4);
        result = Matrices.multiply(a, b);
    }
 
    private static void multiplyMatrixParallel() {
        final Matrix a = Matrices.generate(700, 700, 0, 4);
        final Matrix b = Matrices.generate(700, 700, 0, 4);
        try {
            result = Matrices.parallelMultiply(a, b);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new IllegalStateException("This should never happen");
        }
    }
 
    private static long measure(Runnable runnable) {
        final long start = System.currentTimeMillis();
        runnable.run();
        return System.currentTimeMillis() - start;
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long a = measure(Launcher::multiplyMatrix);
        long b = measure(Launcher::multiplyMatrixParallel);
 
        System.out.printf("Single threaded multiplication: %dms, multi-threaded multiplication: %dms%n", a, b);
    }
}

Новые блоги и статьи Все статьи Все блоги /
SDL3 для Web (WebAssembly): Обработчик клика мыши в браузере ПК и касания экрана в браузере на мобильном устройстве 8Observer8 02.02.2026 Содержание блога Для начала пошагово создадим рабочий пример для подготовки к экспериментам в браузере ПК и в браузере мобильного устройства. Потом напишем обработчик клика мыши и обработчик. . .	Философия технологии iceja 01.02.2026 На мой взгляд у человека в технических проектах остается роль генерального директора. Все остальное нейронки делают уже лучше человека. Они не могут нести предпринимательские риски, не могут. . .	SDL3 для Web (WebAssembly): Вывод текста со шрифтом TTF с помощью SDL3_ttf 8Observer8 01.02.2026 Содержание блога В этой пошаговой инструкции создадим с нуля веб-приложение, которое выводит текст в окне браузера. Запустим на Android на локальном сервере. Загрузим Release на бесплатный. . .	SDL3 для Web (WebAssembly): Сборка C/C++ проекта из консоли 8Observer8 30.01.2026 Содержание блога Если вы откроете примеры для начинающих на официальном репозитории SDL3 в папке: examples, то вы увидите, что все примеры используют следующие четыре обязательные функции, а. . .
SDL3 для Web (WebAssembly): Установка Emscripten SDK (emsdk) и CMake для сборки C и C++ приложений в Wasm 8Observer8 30.01.2026 Содержание блога Для того чтобы скачать Emscripten SDK (emsdk) необходимо сначало скачать и уставить Git: Install for Windows. Следуйте стандартной процедуре установки Git через установщик. . . .	SDL3 для Android: Подключение Box2D v3, физика и отрисовка коллайдеров 8Observer8 29.01.2026 Содержание блога Box2D - это библиотека для 2D физики для анимаций и игр. С её помощью можно определять были ли коллизии между конкретными объектами. Версия v3 была полностью переписана на Си, в. . .	Инструменты COM: Сохранение данный из VARIANT в файл и загрузка из файла в VARIANT bedvit 28.01.2026 Сохранение базовых типов COM и массивов (одномерных или двухмерных) любой вложенности (деревья) в файл, с возможностью выбора алгоритмов сжатия и шифрования. Часть библиотеки BedvitCOM Использованы. . .	SDL3 для Android: Загрузка PNG с альфа-каналом с помощью SDL_LoadPNG (без SDL3_image) 8Observer8 28.01.2026 Содержание блога SDL3 имеет собственные средства для загрузки и отображения PNG-файлов с альфа-каналом и базовой работы с ними. В этой инструкции используется функция SDL_LoadPNG(), которая. . .