Multithreading – Aplikacja WinForms z porównaniem metod wielowątkowości

Projekt przedstawia porównanie wydajności dwóch metod realizacji wielowątkowego mnożenia macierzy w języku C# w środowisku .NET: klasycznych wątków (Thread) oraz Parallel.For. Aplikacja została zbudowana jako prosty interfejs WinForms.

Spis treści

• Opis
• Struktura projektu
• Wymagani
• Uruchamianie
• Proces badawczy
• Wnioski

Opis

Aplikacja to narzędzie desktopowe stworzone w technologii Windows Forms (.NET), służące do porównania wydajności dwóch podejść do wielowątkowego mnożenia macierzy:

Parallel.For – wysokopoziomowe API z biblioteki Task Parallel Library, umożliwiające automatyczny podział pracy między wątki.

Thread – ręczne tworzenie i synchronizacja wątków, przypisujących każdemu zakresowi wierszy oddzielny wątek.

Funkcjonalność

Po uruchomieniu użytkownik:

1. Wprowadza liczbę wątków (np. 2, 4, 8) w polu tekstowym.

2. Naciska przycisk „Wykonaj”, co uruchamia eksperyment.

3. Dla kolejnych rozmiarów macierzy (100x100, 200x200, ..., 2000x2000) wykonywane jest:

• 5 powtórzeń mnożenia przy użyciu Parallel.For

• 5 powtórzeń mnożenia przy użyciu klasy Thread

4. Mierzony jest średni czas wykonania dla każdej z metod.

5. Wyniki (średni czas dla każdego rozmiaru i metody) są prezentowane w formie tekstowej w oknie aplikacji.

Detale techniczne

• Macierze generowane są losowo z liczbami całkowitymi od 1 do 9.
• Metoda Parallel.For dynamicznie dzieli zakresy wierszy pomiędzy dostępne wątki, wykorzystując MaxDegreeOfParallelism.
• W metodzie Thread, liczba wątków jest ustalana przez użytkownika – każdemu wątkowi przypisuje się z góry wyliczony zakres wierszy.
• Czas mierzony jest za pomocą Stopwatch, a wyniki wstawiane są do pola txtResults.

Struktura projektu

Multithreading/ ├── Form1.cs – główny formularz aplikacji ├── MatrixOperations.cs – logika mnożenia macierzy i obsługa wielowątkowości ├── Program.cs – punkt wejściowy aplikacji ├── Form1.Designer.cs – projekt graficzny formularza ├── Form1.resx – zasoby formularza ├── Multithreading.csproj – plik projektu

Wymagania

• Visual Studio 2019 lub nowsze
• .NET Framework 4.7.2 lub nowszy
• Windows (WinForms)

Uruchamianie

1. Sklonuj repozytorium:

git clone https://github.com/272503/Multithreading.git

2. Otwórz folder Multithreading w Visual Studio.
3. Uruchom projekt (F5), a następnie korzystaj z przycisków interfejsu, aby uruchomić mnożenie macierzy i porównać czas wykonania.

Proces badawczy

Celem eksperymentu było porównanie dwóch podejść do wielowątkowości przy intensywnych obliczeniach (mnożenie dużych macierzy). Dla różnych rozmiarów macierzy mierzono czas działania każdej metody (w ms). Zakres testowanych macierzy:

• od 100×100 do 2000×2000 Zebrane dane zostały następnie przeanalizowane w Excelu i przedstawione w formie wykresów porównawczych.

Wnioski

• Dla mniejszych macierzy (np. 100×100, 200×200) różnice w czasie wykonania między metodą Parallel.For a Thread są niewielkie i mogą się wahać w zależności od obciążenia procesora.
• Przy większych rozmiarach macierzy (np. 1000×1000, 2000×2000) metoda Thread (ręczne tworzenie wątków) okazała się wydajniejsza niż Parallel.For.
• Może to wynikać z dodatkowych narzutów wewnętrznych związanych z zarządzaniem pulą zadań w Parallel.For, które przy bardzo intensywnym obliczeniowo zadaniu (jakim jest mnożenie dużych macierzy) powodują opóźnienia.
• Ręczne dzielenie zakresów wierszy i niezależne uruchamianie wątków pozwala dokładniej kontrolować rozkład pracy, co przy dużym obciążeniu może przekładać się na lepszą efektywność.

Wniosek ogólny:

W kontekście tego konkretnego problemu (mnożenie dużych macierzy) i konfiguracji testowej, klasyczne wątki (Thread) zapewniają lepszą wydajność niż Parallel.For. Nie zawsze nowocześniejsze API jest bardziej efektywne – warto przeprowadzać pomiary w zależności od konkretnego zastosowania.

Wykresy: