计算线程中的 Pi

Question

我有两种使用 蒙特卡罗方法 计算 pi 的实现：带线程和不带线程。没有线程的实现工作得很好，但是有线程的方法在准确性和性能方面存在问题。这是代码：

没有线程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>


int main()
{
    srand(time(NULL));

    unsigned long N = 0, Nin = 0;
    float x,y;

    while(N < 2E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;

        if(x*x + y*y < 25.0) Nin += 1;
        N++;
    }
    long double pi = 4.0 * (long double)Nin / (long double)N;

    printf("\tPi1: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, Nin, N);

    return 0;
}

和有线程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>


typedef struct 
{
    unsigned long Nin;
    unsigned long N;
} nums;


void pi_counter(nums* a)
{
    float x,y;
    unsigned int N = 0, Nin = 0;

    while(N < 1E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;


        if(x*x + y*y < 25.0) Nin++;
        N++;
    }

    a -> Nin += Nin;
    a -> N   += N;
}


int main()
{
    pthread_t thread1, thread2, thread3;
    nums a;

    srand(time(NULL));

    pthread_create( &thread1, NULL, pi_counter, &a );
    pthread_create( &thread2, NULL, pi_counter, &a );

    pthread_join( thread1, NULL );
    pthread_join( thread2, NULL ); 

    long double pi = 4.0 * (long double)a.Nin / (long double)a.N;


    printf("\tPi2: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, a.Nin, a.N);

    return 0;
}

结果：

$ time ./pi2
    Pi2: 3.14147154999999999995
    1570735775 2000000000

real    1m1.927s
user    1m23.624s
sys 0m0.139s



$ time ./pi
    Pi1: 3.14158868600000000006
    1570794343 2000000000

real    0m49.956s
user    0m49.887s
sys 0m0.022s

我的错误在哪里？

Answer 1

rand 不是线程安全的；在多个线程中同时使用它会导致未定义的行为。您可以用一个函数包装它，该函数在调用 rand 时获取并保存互斥体，或者您可以使用 rand_r 或（更好）编写一个像样的 PRNG 以在其中使用地方。

Answer 2

除了其他答案之外，在下面的代码中，

a -> Nin += Nin;
a -> N   += N;

a 是共享的，但不受互斥体保护，导致错误的添加。虽然您可能没有遇到过这个问题，但您最终会遇到。

Answer 3

您的 rand() 在线程中并发将产生相同的数字序列，因为您得到其他结果，但算法很好（是概率< /strong>，没有任何保证）。为什么顺序一样？因为种子 rand 实例是每个进程的，所以线程是进程，但是轻量级的。