线程小作业 2191221100 毛瑞瑛黎明前最后的黑暗的博客-

作业用C#语言，在Visio Studio 2017 环境下编译完成的。

第一题

要求：设计一个test.cpp，定义变量：unsigned int sum=0;创建2个线程T1和T2， T1的行为：sum+=1；T2的行为： sum+=2；当sum大于1000000时，输出sum的值，程序结束。

步骤1：创建线程并启动

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; namespace ThreadWork { public class Threads { private int sum = 0; private LockSpace l = new LockSpace(); public void AddOne() { while (sum <= 1000000) {                 sum += 1; }             Console.WriteLine("AddOne:{0}", sum); } public void AddTwo() { while (sum <= 1000000) {                 sum += 2; }             Console.WriteLine("AddTwo:{0}", sum); ; } } public class Program { static void Main(string[] args) { Threads th = new Threads(); ThreadStart t1 = new ThreadStart(th.AddOne); ThreadStart t2 = new ThreadStart(th.AddTwo); Thread T1 = new Thread(t1); Thread T2 = new Thread(t2);             T1.Start();             T2.Start();             Console.ReadKey(); } } } 

步骤2：自动启动线程

using System; using System.Collections.Generic; using System.Diagnostics; using System.IO; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace Repeat { class Program { static void Main(string[] args) { string msg;//放置exe文件的输出 string path = "result.txt";//文件的路径，保证文件存在。             Console.WriteLine("开始写入。"); for (int i = 0; i < 10000; i++) {//需要循环多少次i就小于多少 Process cmd = new Process();//实例化进程 FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Append);//实例化文件流 StreamWriter sw = new StreamWriter(fs);//实例化写入流                 cmd.StartInfo.FileName = "ThreadWork.exe";//给定即将开启的进程名称                 cmd.StartInfo.UseShellExecute = false;//精确查找路径来执行，不支持各种非可执行程序的打开                 cmd.StartInfo.RedirectStandardInput = true;//重定向输入                 cmd.StartInfo.RedirectStandardOutput = true;//重定向输出                 cmd.StartInfo.CreateNoWindow = true;//不开启新的窗口                 cmd.StartInfo.WindowStyle = ProcessWindowStyle.Hidden;//隐藏窗口样式                 Console.WriteLine("第{0}次执行线程。", i + 1);                 sw.WriteLine("第{0}次执行线程。", i + 1);//追加写入文件                 cmd.Start();                 msg = cmd.StandardOutput.ReadToEnd();//获取exe文件的输出，但只有在关闭进程后才能真正获取                 cmd.WaitForExit();//等待程序退出                 cmd.Close();//关闭进程                 sw.WriteLine(msg);//追加写入exe文件的输出                 Console.WriteLine(msg);                 sw.Close();//关闭写入流                 fs.Close();//关闭文件流 }                                   Console.ReadKey(); } } } 

步骤3：回答问题

Q1:将该程序运行10次，记录运行结果。

Q2:10次运行结果是否一致？若不一致，请解释原因。

10次的运行结果并不完全一致，这是由于两个线程几乎同时在使用同一个公共变量导致的。举个例子，线程1在执行完sum+=1后，sum的值刚刚赋为100001，这是线程2恰好开始执行sum+=2,这是对于线程2来说，上一次判断是否继续执行sum+=2时的sum值为99999<100000，所以继续操作，这时由于进程1刚刚给sum赋值为100001，所以线程2再次执行后的结果就是100003。

Q3:设计另一个autorun.cpp，它能够将test.exe运行N次（n=10000或100000…），自动收集运行结果存入result.txt文件。
步骤2已经完成这个问题。下图为部分截图。

Q4:是否可以消除test.exe多次运行时其结果的不一致性？请给出解决方案，测试其可行性。
多次运行结果不一致的问题是可以解决的，通过加锁就可以解决结果不一致性。

 public class LockSpace { } public class Threads { private int sum = 0; private LockSpace l = new LockSpace(); public void AddOne() { lock (this.l) { while (sum <= 1000000) {                     sum += 1; }                 Console.WriteLine("AddOne:{0}", sum);                 sum = 0; } } public void AddTwo() { lock (this.l) { while (sum <= 1000000) {                     sum += 2; }                 Console.WriteLine("AddTwo:{0}", sum);                 sum = 0; } } } 

运行结果

第二题

要求：设计一个quadratic.cpp，用于求解N个（n=10000或100000…）一元二次方程，方程的系数a、b、c为随机整数，其中a ≠ 0。将quadratic.cpp改造为采用2个线程协同求解一元二次方程的Multithreading2.cpp。

步骤1：造一元二次方程的系数数据

string path = "Coefficients.txt"; FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Append); StreamWriter sw = new StreamWriter(fs); StreamReader sd = new StreamReader(fs, Encoding.UTF8); Random num = new Random();             Console.WriteLine("随机创建10000条一元二次方程的系数数据。");             Console.WriteLine("开始写入。。。"); for (int i = 0; i < 10000; i++) {                 sw.Write(num.Next(1, 10) + "t" + num.Next(1, 10) + "t" + num.Next(1, 10));                 sw.WriteLine(); }             sw.Close();             fs.Close();              Console.WriteLine("写入完成10000条数据完成。"); 

数据部分截图

步骤2：计算一元二次方程的解

using System; using System.Collections.Generic; using System.Diagnostics; using System.IO; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace Quadratic { class Program { //调用winAPI中的QueryPerformanceFrequency()方法，返回硬件支持的高精度计数器的频率 [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32.dll")] static extern bool QueryPerformanceFrequency(ref long count); //调用winAPI中的QueryPerformanceCounter()方法，用于获取精确的性能计数器数值 [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32.dll")] static extern bool QueryPerformanceCounter(ref long count); static void Main(string[] args) { string path = "Coefficients.txt"; StreamReader sr = new StreamReader(path, Encoding.Default); //path为文件路径 String line; int lines = 0; long start = 0; long end = 0; long freq = 0; double result = 0; //频率 QueryPerformanceFrequency(ref freq);             Console.WriteLine("开始进行方程求解。。"); //开始计时 QueryPerformanceCounter(ref start); while ((line = sr.ReadLine()) != null)//按行读取 line为每行的数据 {                 lines++; string s = line.Replace("t", ""); //一元二次方程的形式为：a*x*x+b*x+c=0; int a = Convert.ToInt32(s.Substring(0, 1)); int b = Convert.ToInt32(s.Substring(1, 1)); int c = Convert.ToInt32(s.Substring(2, 1)); double x1 = 0;//实数根1 double x2 = 0;//实数根2 double dt = b * b - 4 * a * c; if (dt == 0) {                     x1 = -b / 2 * a;                     Console.WriteLine("方程{0}x*x+{1}*x+{2}=0,有两个相等的实根，x1=x2={3}！", a, b, c, x1.ToString("F")); } else if (dt > 0) {                     x1 = (-b + Math.Sqrt(dt)) / 2 * a;                     x2 = (-b - Math.Sqrt(dt)) / 2 * a;                     Console.WriteLine("方程{0}x*x+{1}*x+{2}=0,有两个不相等的实根，x1={3}、x2={4}", a, b, c, x1.ToString("F"), x2.ToString("F")); } }             Console.WriteLine("共计{0}条数据计算完毕。", lines); //结束计时 QueryPerformanceCounter(ref end); //计算时间             result = (double)(end - start) / (double)freq;             Console.WriteLine("共计用时：{0}s", result);              Console.ReadKey(); } } } 

运行结果

步骤3：用线程改造quadratic项目

思路：线程1计算并保存△>0的系数数据，线程2计算结果并输出。

using System; using System.Collections.Generic; using System.Diagnostics; using System.IO; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks; namespace Quadratic { public class MultiThread { public List<string> realList = new List<string>(); public void DtThread() { StreamReader sr = new StreamReader("Coefficients.txt", Encoding.Default); //path为文件路径 String line; //int lines = 0; while ((line = sr.ReadLine()) != null)//按行读取 line为每行的数据 { //lines++; string s = line.Replace("t", ""); //一元二次方程的形式为：a*x*x+b*x+c=0; int a = Convert.ToInt32(s.Substring(0, 1)); int b = Convert.ToInt32(s.Substring(1, 1)); int c = Convert.ToInt32(s.Substring(2, 1)); double dt = b * b - 4 * a * c; if (dt >= 0) { // lines++;                     realList.Add(line); } } //Console.WriteLine("reallist:" + realList.Count); } public void CalThread() { double x1 = 0;//实数根1 double x2 = 0;//实数根2 for (int i = 0; i < realList.Count; i++) { string s = realList[i].Replace("t", ""); int a = Convert.ToInt32(s.Substring(0, 1)); int b = Convert.ToInt32(s.Substring(1, 1)); int c = Convert.ToInt32(s.Substring(2, 1)); double dt = b * b - 4 * a * c; if (dt == 0) {                     x1 = -b / 2 * a;                     Console.WriteLine("方程{0}x*x+{1}*x+{2}=0,有两个相等的实根，x1=x2={3}！", a, b, c, x1.ToString("F")); } else if (dt > 0) {                     x1 = (-b + Math.Sqrt(dt)) / 2 * a;                     x2 = (-b - Math.Sqrt(dt)) / 2 * a;                     Console.WriteLine("方程{0}x*x+{1}*x+{2}=0,有两个不相等的实根，x1={3}、x2={4}", a, b, c, x1.ToString("F"), x2.ToString("F")); } } } } public class Program { //调用winAPI中的QueryPerformanceFrequency()方法，返回硬件支持的高精度计数器的频率 [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32.dll")] static extern bool QueryPerformanceFrequency(ref long count); //调用winAPI中的QueryPerformanceCounter()方法，用于获取精确的性能计数器数值 [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32.dll")] static extern bool QueryPerformanceCounter(ref long count); static void Main(string[] args) { long start = 0; long end = 0; long freq = 0; double result = 0; MultiThread mt = new MultiThread(); ThreadStart dt = new ThreadStart(mt.DtThread); ThreadStart cal = new ThreadStart(mt.CalThread); Thread t1 = new Thread(dt); Thread t2 = new Thread(cal); //频率 QueryPerformanceFrequency(ref freq);             Console.WriteLine("开始进行方程求解。。"); //开始计时 QueryPerformanceCounter(ref start);             t1.Start();             t1.Join();             t2.Start();             t2.Join(); //结束计时 QueryPerformanceCounter(ref end); //计算时间             result = (double)(end - start) / (double)freq;             Console.WriteLine("共计用时：{0}s", result);              Console.ReadKey(); } } } 

运行结果

步骤4：回答问题

Q1:分别计算quadratic.cpp与Multithreading2.cpp的运行时间。

• quadratic 运行时间
  
• Multithreading2 运行时间
  

Q2:计算Multithreading2.cpp的加速比。

加速比=T(quadratic)/T(Multithreading2)≈0.96

Q3:分析总结串行算法并行化改造的难点。

改造难点在于对问题的划分