Linux 下多线程排序的实现

对于计算密集型的任务,如果能采用合理的多线程处理,能够大大的提升计算效率。这篇博文实现了多线程排序,同时讲解了一些需要注意的问题。

首先,说一下总体的思路:将元素分成n段,使用快速排序多个线程并行处理。最后需要等待这些线程都将分段排好序之后,进行类似归并排序的过程。

这样时间复杂度算下来是(假设我是4核的机器) O(n+n/4log(n/4)),比O(nlogn)大概快了一倍的样子。(请带入数值具体计算)

先来介绍一下pthread_barrier系列函数。

函数原型:
#include <pthread.h>
int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier, const pthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned count);
int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);
int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);

参数解释:

pthread_barrier_t,是一个计数锁,对该锁的操作都包含在三个函数内部,我们不用关心也无法直接操作。只需要实例化一个对象丢给它就好。

以下是一个简单的Linux下C语言实现多线程排序的代码: ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #define NUM_THREADS 4 #define ARRAY_SIZE 10000 int array[ARRAY_SIZE]; void* sort(void* arg) { int id = *(int*)arg; int start = id * (ARRAY_SIZE / NUM_THREADS); int end = (id + 1) * (ARRAY_SIZE / NUM_THREADS); // 使用快速排序对数组进行排序 qsort(&array[start], end - start, sizeof(int), compare); pthread_exit(NULL); } int compare(const void* a, const void* b) { return (*(int*)a - *(int*)b); } int main() { pthread_t threads[NUM_THREADS]; int thread_ids[NUM_THREADS]; // 初始化数组 for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { array[i] = rand(); } // 创建线程 for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { thread_ids[i] = i; pthread_create(&threads[i], NULL, sort, &thread_ids[i]); } // 等待线程结束 for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { pthread_join(threads[i], NULL); } // 合并排序结果 int sorted_array[ARRAY_SIZE]; int indexes[NUM_THREADS]; for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { indexes[i] = i * (ARRAY_SIZE / NUM_THREADS); } for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { int min_index = -1; for (int j = 0; j < NUM_THREADS; j++) { if (indexes[j] < (j + 1) * (ARRAY_SIZE / NUM_THREADS)) { if (min_index == -1 || array[indexes[j]] < array[indexes[min_index]]) { min_index = j; } } } sorted_array[i] = array[indexes[min_index]]; indexes[min_index]++; } // 打印排序结果 for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { printf("%d ", sorted_array[i]); } printf("\n"); return 0; } ``` 这个代码使用了4个线程对一个10000个整数的数组进行排序实现了快速排序算法。每个线程排序数组的一个子集,然后合并排序结果。使用pthread实现多线程功能,包括创建线程、等待线程结束等。
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