使用 goroutine 和通道的“矩阵乘法”

Question

当我使用 1 个 goroutine、2 个 goroutine、3 个等等时，我有一个大学项目来测试矩阵乘法的时间差。我必须使用渠道。我的问题是，无论我添加多少 goroutine，编译时间几乎总是相同的。也许有人能说出问题出在哪里。也许发送时间很长，并且一直在发送。代码如下package mainimport (    "fmt"    "math/rand"    "time")const length = 1000var start time.Timevar rez [length][length]intfunc main() {    const threadlength = 1    toCalcRow := make(chan []int)    toCalcColumn := make(chan []int)    dummy1 := make(chan int)    dummy2 := make(chan int)    var row [length + 1]int    var column [length + 1]int    var a [length][length]int    var b [length][length]int    for i := 0; i < length; i++ {        for j := 0; j < length; j++ {            a[i][j] = rand.Intn(10)            b[i][j] = rand.Intn(10)        }    }    for i := 0; i < threadlength; i++ {        go Calc(toCalcRow, toCalcColumn, dummy1, dummy2)    }    start = time.Now()    for i := 0; i < length; i++ {        for j := 0; j < length; j++ {            row[0] = i            column[0] = j            for k := 0; k < length; k++ {                row[k+1] = a[i][j]                column[k+1] = b[i][k]            }            rowSlices := make([]int, len(row))            columnSlices := make([]int, len(column))            copy(rowSlices, row[:])            copy(columnSlices, column[:])            toCalcRow <- rowSlices            toCalcColumn <- columnSlices        }    }    dummy1 <- -1    for i := 0; i < length; i++ {        for j := 0; j < length; j++ {            fmt.Print(rez[i][j])            fmt.Print(" ")        }        fmt.Println(" ")    }    <-dummy2    close(toCalcRow)    close(toCalcColumn)    close(dummy1)}func Calc(chin1 <-chan []int, chin2 <-chan []int, dummy <-chan int, dummy1 chan<- int) {loop:    for {        select {        case row := <-chin1:            column := <-chin2            var sum [3]int            sum[0] = row[0]            sum[1] = column[0]            for i := 1; i < len(row); i++ {                sum[2] += row[i] * column[i]            }

Answer 1

您看不到差异，因为准备数据以传递给 go 例程是您的瓶颈。它比执行计算更慢或一样快。

传递行和列的副本不是一个好的策略。这正在扼杀表演。

go 例程可以直接从只读输入矩阵中读取数据。这里没有可能的竞争条件。

输出也一样。如果 go 例程计算行和列的乘积，它会将结果写入不同的单元格。这里也没有可能的竞争条件。

要做的事情如下。定义一个包含两个字段的结构，一个用于行，一个用于要相乘的列。

用所有可能的行和列组合填充缓冲通道，以从 (0,0) 乘到 (n-1,m-1)。

go 例程使用通道中的结构，执行计算并将结果直接写入输出矩阵。

然后，您还有一个 done 通道向主 go 例程发出计算已完成的信号。当 goroutine 完成对结构 (n-1,m-1) 的处理时，它会关闭 done 通道。

编写完所有结构后，主 go 例程在 done 通道上等待。一旦完成通道关闭，它就会打印经过的时间。我们可以使用一个等待组来等待所有的 goroutine 终止他们的计算。

然后，您可以从一个 goroutine 开始，并增加 goroutine 的数量，以查看处理时间的影响。

见代码：

package main

import (

    "fmt"

    "math/rand"

    "sync"

    "time"

)

type pair struct {

    row, col int

}

const length = 1000

var start time.Time

var rez [length][length]int

func main() {

    const threadlength = 1

    pairs := make(chan pair, 1000)

    var wg sync.WaitGroup

    var a [length][length]int

    var b [length][length]int

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            a[i][j] = rand.Intn(10)

            b[i][j] = rand.Intn(10)

        }

    }

    wg.Add(threadlength)

    for i := 0; i < threadlength; i++ {

        go Calc(pairs, &a, &b, &rez, &wg)

    }

    start = time.Now()

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            pairs <- pair{row: i, col: j}

        }

    }

    close(pairs)

    wg.Wait()

    elapsed := time.Since(start)

    fmt.Println("Binomial took ", elapsed)

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            fmt.Print(rez[i][j])

            fmt.Print(" ")

        }

        fmt.Println(" ")

    }

}

func Calc(pairs chan pair, a, b, rez *[length][length]int, wg *sync.WaitGroup) {

    for {

        pair, ok := <-pairs

        if !ok {

            break

        }

        rez[pair.row][pair.col] = 0

        for i := 0; i < length; i++ {

            rez[pair.row][pair.col] += a[pair.row][i] * b[i][pair.col]

        }

    }

    wg.Done()

}

Answer 2

您的代码很难理解（调用变量 dummy1/dummy2 会让人感到困惑，特别是当它们在 中获得不同的名称时Calc）并且添加一些注释会使它更容易理解。

首先是一个错误。在发送要计算的数据之后dummy1 <- -1，我相信您希望这会等待所有计算完成。但是，当您有多个 goroutine 时，情况不一定如此。通道将被其中一个 goroutine 耗尽，并打印出计时信息；其他 goroutine 仍将运行（并且可能尚未完成计算）。

在时间方面，我怀疑您向 go 例程发送数据的方式会减慢速度；您发送行，然后发送列；因为通道没有缓冲，所以 goroutine 将在等待列时阻塞（切换回主 goroutine 以发送列）。这种来回会减慢你的 goroutines 获取数据的速度，并且可以很好地解释为什么添加额外的 goroutines 影响有限（如果你使用缓冲通道也会变得危险）。

我已将您的代码（注意可能存在错误，而且远非完美！）重构为确实显示出差异的东西（在我的计算机上 1 goroutine = 10s; 5 = 7s）：

package main

import (

    "fmt"

    "math/rand"

    "sync"

    "time"

)

const length = 1000

var start time.Time

var rez [length][length]int

// toMultiply will hold details of what the goroutine will be multiplying (one row and one column)

type toMultiply struct {

    rowNo    int

    columnNo int

    row      []int

    column   []int

}

func main() {

    const noOfGoRoutines = 5

    // Build up a matrix of dimensions (length) x (length)

    var a [length][length]int

    var b [length][length]int

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            a[i][j] = rand.Intn(10)

            b[i][j] = rand.Intn(10)

        }

    }

    // Setup completed so start the clock...

    start = time.Now()

    // Start off threadlength go routines to multiply each row/column

    toCalc := make(chan toMultiply)

    var wg sync.WaitGroup

    wg.Add(noOfGoRoutines)

    for i := 0; i < noOfGoRoutines; i++ {

        go func() {

            Calc(toCalc)

            wg.Done()

        }()

    }

    // Begin the multiplication.

    start = time.Now()

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            tm := toMultiply{

                rowNo:    i,

                columnNo: j,

                row:      make([]int, length),

                column:   make([]int, length),

            }

            for k := 0; k < length; k++ {

                tm.row[k] = a[i][j]

                tm.column[k] = b[i][k]

            }

            toCalc <- tm

        }

    }

    // All of the data has been sent to the chanel; now we need to wait for all of the

    // goroutines to complete

    close(toCalc)

    wg.Wait()

    fmt.Println("Binomial took ", time.Since(start))

    // The full result should be in tz

    for i := 0; i < length; i++ {

        for j := 0; j < length; j++ {

            //fmt.Print(rez[i][j])

            //fmt.Print(" ")

        }

        //fmt.Println(" ")

    }

}

// Calc - Multiply a row from one matrix with a column from another

func Calc(toCalc <-chan toMultiply) {

    for tc := range toCalc {

        var result int

        for i := 0; i < len(tc.row); i++ {

            result += tc.row[i] * tc.column[i]

        }

        // warning - the below should work in this case but be careful writing to global variables from goroutines

        rez[tc.rowNo][tc.columnNo] = result

    }

}