Question

我需要使用trapezoidal rule和多线程来计算积分。

我正在使用我使用java pool thread example编写的池线程。

#ifndef POOL_H
#define POOL_H
#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QWaitCondition>
#include <QMutex>
#include <QQueue>
#include "poolworker.h"
#include "segment.h"

class Segment;
class PoolWorker;

class Pool: public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit Pool(QObject *parent = 0);
    Pool(int nThreads);
    void execute(Segment *s);
    static QWaitCondition con;
    static QMutex poolMutex;
    static QQueue<Segment*> segmentQueue;
private:
    int nThreads;
    QVector<PoolWorker*> workers;
};

#endif // POOL_H


#include "pool.h"

QWaitCondition Pool::con;
QQueue<Segment*> Pool::segmentQueue;
QMutex Pool::poolMutex;

Pool::Pool(QObject *parent) :
    QObject(parent)
{
}


Pool::Pool(int nThreads)
{
    this->nThreads = nThreads;
    for (int i = 0; i < nThreads; i++)
    {
        workers.push_back(new PoolWorker());
        workers[i]->start();
    }
}


void Pool::execute(Segment *s)
{
    poolMutex.lock();
    segmentQueue.enqueue(s);
    con.wakeOne();
    poolMutex.unlock();
}


#ifndef POOLWORKER_H
#define POOLWORKER_H

#include <QThread>
#include <QMutex>
#include "segment.h"
#include "pool.h"

class PoolWorker : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit PoolWorker(QObject *parent = 0);
    void run();
    static QMutex mutex;
signals:

public slots:

private:

};

#endif // POOLWORKER_H


#include "poolworker.h"

QMutex PoolWorker::mutex;

PoolWorker::PoolWorker(QObject *parent) :
    QThread(parent)
{
}

void PoolWorker::run()
{
    Segment *temp;
    forever
    {
        mutex.lock();
        while(Pool::segmentQueue.isEmpty())
        {
            Pool::con.wait(&mutex);
        }

        temp = Pool::segmentQueue.dequeue();
        mutex.unlock();
        temp->doWork();
    }
}

将每个间隔放入容器“Segment”中，该容器也计算积分 Sab = 0.5*(b-a)*(f(a)+f(b))
m = (a+b)/2.0
Sam = 0.5*(m-a)*(f(a)+f(m))
Smb = 0.5*(b-m)*(f(b)+f(m))
如果Sab和Sam+Smb之间的差异低于Eps，那么我会使用Sab将Manager::addSum添加到整数和中。如果它不低，我会为am和mb执行相同的算法。等。

#ifndef SEGMENT_H
#define SEGMENT_H

#include <QObject>
#include <cmath>
#include "manager.h"
#include <QDebug>

class Segment : public QObject
{
    Q_OBJECT
private:
    double a,b,Sab,Sam,Smb,m,Eps;
    double f(double x);
public:
    explicit Segment(QObject *parent = 0);
    Segment(double a, double b);
    void doWork();
signals:

public slots:
};

#endif // SEGMENT_H


#include "segment.h"


Segment::Segment(QObject *parent) :
    QObject(parent)
{
}

Segment::Segment(double a, double b)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
    Eps = 0.001;
}

void Segment::doWork()
{
    Sab = 0.5*(b-a)*(f(a)+f(b));
    m = (a+b)/2.0;
    Sam = 0.5*(m-a)*(f(a)+f(m));
    Smb = 0.5*(b-m)*(f(b)+f(m));
    if (fabs(Sab - (Sam + Smb)) <= Eps)
    {
        Manager::addSum(Sab);
        qDebug() << "Reached Eps on interval a= " << a << ",b = " << b
                 << ", return S+= " << Sab;
        Manager::inc();
    }
    else
    {
        Manager::threadPool->execute(new Segment(a,m));
        Manager::threadPool->execute(new Segment(m,b));
    }
}


double Segment::f(double x)
{
    return pow(x,3.0) - 4.0*pow(x,2.0) + 6.0*x - 24.0;
}

Manager类将所有内容联系起来：它创建池，包含总和，并通过使用第一个间隔调用池上的execute来开始计算。它还有一个用于调试目的的计数器。

#ifndef MANAGER_H
#define MANAGER_H

#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QQueue>
#include <QVector>
#include "segment.h"
#include "pool.h"

class Pool;

class Manager : public QObject
{
    Q_OBJECT
private:
    static double sum;
    static int i;
    static QMutex mutex;
public:
    explicit Manager(QObject *parent = 0);
    static Pool *threadPool;
    static void addSum(double add);
    static void inc();
    double viewSum();
    int viewCount();
    void doSetup(QThread &thread);
signals:

public slots:
    void doWork();
};

#endif // MANAGER_H


#include "manager.h"

double Manager::sum = 0;
int Manager::i = 0;
Pool* Manager::threadPool = new Pool(10);
QMutex Manager::mutex;

Manager::Manager(QObject *parent) :
    QObject(parent)
{
}

void Manager::addSum(double add)
{
    mutex.lock();
    sum += add;
    mutex.unlock();
}

void Manager::inc()
{
    i++;
}

double Manager::viewSum()
{
    return sum;
}

int Manager::viewCount()
{
    return i;
}

void Manager::doSetup(QThread &thread)
{
    connect(&thread,SIGNAL(started()),this,SLOT(doWork()));
}

void Manager::doWork()
{
    threadPool->execute(new Segment(4.5,12.0));
}

在main中我创建了一个管理器，一个管理器的线程并显示结果。

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include <QTimer>
#include "manager.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    Manager man;
    QThread manThread;
    man.doSetup(manThread);
    man.moveToThread(&manThread);
    manThread.start();
    manThread.wait(2500);
    qDebug() << "integrate(x^3 - 4*x^2 + 6*x - 24) from 4.5 to 12.0 = " 
             << man.viewSum();
    qDebug() << "i =" << man.viewCount();
    manThread.quit();
    QTimer::singleShot(1000, &a, SLOT(quit()));
    return a.exec();
}

大约一半时间正确计算积分。另一半我得到的数字比预期的多（有所不同）。当我得到一个更大的数字时，我注意到一些间隔计算了两次。如果我没有弄错，我已经使代码线程安全，所以我不明白这是怎么发生的。我对多线程编程很陌生，所以我可能会对互斥锁做错了什么？或者也许我从java池转换是错误的？另一件事是在main.cpp我不知道如何正确显示结果，因为我不知道积分何时完成计算。我在包含管理器的线程上使用wait（2500）函数，但这不是一个非常好的方法，因为计算时间可能会因不同的PC和不同的函数而异。

提前感谢您提供的任何帮助。

Answer 1

你的锁定错了。在您指向的Java示例中，相同的锁（queue本身）用于入队（在execute中）和出列（在工作线程中）。这样，队列操作实际上是线程安全的。遗憾的是，在您的代码中，您使用了两个不同的锁。 Pool::poolMutex用于enque（在execute中）和PoolWorker::mutex用于deque（在PoolWorker线程中）。这样，您只保护队列中的队列之间的双端队列，但是deque和enque可以同时发生。你的Pool::poolMutex没用，因为execute只被一个线程调用，所以它只被一个线程锁定和解锁。您只需要使用一个相同的互斥锁来进行enque和deque。通过构造函数将Pool::poolMutex传递到PoolWorker并锁定它而不是PoolWorker::mutex。

所以当你使用enque并且某个线程刚刚完成工作时，它会立即deque（因为队列不为空），而不是等待你的wakeOne。然后在wakeOne上，您将触发另一个线程。我没有清楚地解释两个线程如何获取相同的作业（而不是崩溃），但如果你只使用Java原始版本中的一个锁，你的代码肯定会更好。

qt多线程：计算积分

1 个答案: