完美的多线程编程方案

时间：2015-04-13 12:30:17 阅读：143 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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    这是去年为了找工作，写的一个技术演示：以多线程暴力破解MD5密码为例，来演示一个完美的多线程编程方案。

    在十年前，我写过一个单线程的暴力破解MD5密码程序（因为当时CPU还都是单核的），这次是把原来的程序多线程化了。
这个技术演示，写了多个不同实现方式的多个版本，一共花了2天时间（2014年5月3日-2014年5月4日）。

    加密密码的暴力破解原理，不是本文重点，这里就不详细介绍了。
简单举例说明一下，对于尝试字符集为 a-z 26个小写字母，尝试长度为8位的话，就是把 a, b, ... z, aa, ab, ... zy, zz, aaa, ... aaaaaaaa, aaaaaaab, ... zzzzzzzy, zzzzzzzz，这26个小写字母，8位长度以内，所有的组合都尝试一遍，所以叫做暴力破解。尝试的结果，如果原加密密码在这个范围内，就必然找到。如果原加密密码不在这个范围内，那么该范围内的所有可能全部尝试完后，没有找到。尝试的方法就是对自己生成的每一个尝试串，进行和加密密码相同加密方式的加密，然后把加密后的尝试串，和加密密码进行比较，相同就说明找到了。

    这种暴力破解，需要CPU进行超大量的计算。而需要CPU进行超大量计算的场景，是多线程技术的一个非常重要的应用场景。
我们以实例，来对暴力破解计算量形成一些概念：
以26个小写字母的各种组合进行尝试的话：
试完单独1位，需要对26种尝试串（a-z），进行计算和比较。
试完单独2位，需要对26+26*26=702种尝试串，进行计算和比较。
试完单独8位，需要对26的8次方+26的7次方+...+26=2171.80147158亿种尝试串，进行计算和比较。
使用四核 @3.4GHz 的CPU，以四线程（线程数超过CPU实际核数的话，速度不会提高）跑完2171.8亿种可能的话，估计要4个多小时。而以单线程跑完2171.8亿种可能的话，估计要16个小时以上。
大家有兴趣的话，可以下载本文附带的程序，自己尝试一下。
可以看到在需要CPU进行超大量计算的场景，多线程技术的使用是多么有意义。

    多线程共同访问和处理同一数据源，一个非常重要的问题是，访问时需要互斥，否则的话，可能造成遗漏处理数据，或者重复处理数据。少量的重复处理数据是可以接受的，但是遗漏处理数据是不可接受的。为什么会出现重复和遗漏，我们这里不展开讲了。所以，多线程共同访问和处理同一数据源，访问时必需要互斥。

    下面我们就来看一下，我所尝试过的几种实现方案。

多线程方案1：
尝试串只有1个。多个线程轮流取，然后再进行计算和比较。
这样的话，各个线程进行尝试的连续性好。但是，当一个线程在生成尝试串的过程中，另几个线程不能访问尝试串，线程需要阻塞等待。预计会经常出现这种情况，会很影响速度。

程序实现，
如果使用mutex来进行线程互斥的话，对速度的影响极为巨大，因为mutex部分代码的执行，四线程版甚至比单线程版还要慢很多很多。（"ddzzzz"的md5的破解。四线程使用mutex互斥，118984ms。单线程大约13500ms。四线程比单线程还慢了8倍多）
如果使用InterlockedIncrement64，对程序的限制大。

多线程方案2：
把任务分成大致相等的n份（n为cpu的核数），然后创建n个线程，每个线程完成1份。
没有互斥的问题。

逻辑清晰性差，将来如果用于不同应用场景，代码比较难修改。

未作程序实现。

多线程方案3：
把任务分成固定的份数，然后创建n个线程（n为cpu的核数），每个线程做1份，做完之后，再去领1份，直到将所有的份数全部做完。

线程内，需要完成领一份的代码。领一份部分需要互斥。互斥部分出现的频率很少。

未作程序实现。

多线程方案4：
创建n个线程（n为cpu的核数）。
每个线程每次从总任务中，取一部分的任务进行处理，这部分任务处理完之后，再去取。直到将所有的任务全部处理完。好处是分配的比较均匀。连续性也较好。

程序实现，
"ddzzzz"的md5的破解，3线程4641ms。效果最好。

    为什么说多线程方案4，是一种比较完美的多线程编程方案：
1，在一个对执行效率有很高要求的场景下，执行效率很高。
2，代码逻辑性非常好，适用性很广。很少的改动，就可以应用在很多的应用场景中。

    本文所附带程序（http://pan.baidu.com/s/1i3ip4nb）说明：
MD5Calc.exe 图形界面，将指定的明文密码转换为MD5加密密码。
JiurlMd5CrackGui.exe 图形界面，多线程暴力破解演示程序，以本文多线程方案4实现。可以自行设定使用的线程数，默认线程数为CPU内核数减1。
TryCharset.txt 指定尝试字符集。
CryptedPassword.txt 指定要破解的密码。

临时主页：http://blog.sina.com.cn/ddqqppb
QQ高大上交流群：91877299

完美的多线程编程方案

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原文地址：http://www.cnblogs.com/jiurl/p/4421637.html

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