使用英特尔® 线程构建模块计算pi

鉴于许多 Android* 设备的处理器都具有一个以上的内核，了解如何开发多线程应用在移动行业变得十分重要。 英特尔开发了一种名为英特尔® 线程构建模块（英特尔® TBB）的重要工具，该工具可用于开发并行应用。 英特尔® TBB 是一个跨平台模板库，用于帮助用户创建并行程序。 它可以创建和同步数据流，同时隐藏架构详情，支持您在更高的抽象化水平上工作。 英特尔® TBB 可以在所有架构上运行。 对于 Android，请使用 4.3 及更高版本。

构建英特尔® TBB

1. 下载 TBB。 您可以在此处下载英特尔® TBB： https://www.threadingbuildingblocks.org/。 我下载了最新的稳定版（4.3 Update 1）。
2. 将 NDK 添加至路径：
   
   对于 Windows*：
   • $ SET PATH=%PATH%；
   对于 Linux*：
   • $ export PATH=$PATH：


3. 解压 TBB，转至包含源代码的目录，就在 src 文件夹中。 $ cd /src/
4. 运行面向 Android 的 TBB： $ /ndk-build –C /src/ arch=intel64 compiler=gcc target=android clean tbb tbbmalloc –j 此命令可构建面向 64 位 Android 的 TBB。 若要构建面向 32 位 Android 的 TBB，请更改使用 arch=intel64 on arch=ia32。 它可以构建面向 Android 64 位架构的应用。
5. 库构建完成。 在 build 目录 (/build/) 中，您可以找到包含 libs 的目录： libgnustl_shared.so, libtbbmalloc_proxy.so, libtbbmalloc.so and libtbb.so. libtbb.so and libgnustl_shared。我们会在应用开发中用到这些目录。

计算 π

计算 π 时，您可以从维基百科中选择任何一个包含定积分的公式： https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_formulae_involving_%CF%80#Integrals。 我选择了这个公式：

针对该程序，我对这个公式进行了修改：

在积分计算中，我采用了矩形法。 积分函数除以 N = 10⁷等于子区间长度 h = 2·10^-7。 然后将 N个矩形的面积（底乘以高）加起来计算近似积分，给出以下公式：

创建应用

如果要创建一款新的 Android 应用：

创建 Main Activity

在 res/layout/activity_main.xml中粘贴以下代码：

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context="intel.example.pitbbcalc.MainActivity"><LinearLayout
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="fill_parent"
        android:orientation="vertical"><TextView
            android:id="@+id/title"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="@string/title"
            android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" /><Button
            android:id="@+id/startButton"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="@string/start" /><LinearLayout
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"><TextView
                android:id="@+id/pi_equally"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="@string/pi_equally"
                android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" /><TextView
                android:id="@+id/pi_val"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" /></LinearLayout></LinearLayout></RelativeLayout>

在 res/values/strings.xml中添加以下代码：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><resources><string name="app_name">PiTBBCalc</string><string name="action_settings">Settings</string><string name="start">Start</string><string name="title">Calculation of π</string><string name="pi_equally">π = </string></resources>

现在 Main Activity 如下所示：

接下来，我们需要为我们的 Activity 实施 Java* 接口。 在 src/intel.example.pitbbcalc/MainActivity.java文件中，添加以下代码：

package intel.example.pitbbcalc;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.view.Menu;
import android.view.MenuItem;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {

	private native double onClickCalc();
	private TextView piEqually;
	private TextView piVal;

	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);

		Button startButton = (Button) findViewById(R.id.startButton);
		piEqually = (TextView) findViewById(R.id.pi_equally);
		piVal = (TextView) findViewById(R.id.pi_val);
		piEqually.setVisibility(View.INVISIBLE);
		piVal.setVisibility(View.INVISIBLE);

		startButton.setOnClickListener(new OnClickListener() {
			@Override
			public void onClick(View v) {
				// TODO Auto-generated method stub
				double val = onClickCalc();
				piVal.setText(String.valueOf(val));
				piEqually.setVisibility(View.VISIBLE);
				piVal.setVisibility(View.VISIBLE);
			}
		});

		System.loadLibrary("PiTBBCalc");
		System.loadLibrary("tbb");
	}

	@Override
	public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
		// Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
		getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
		return true;
	}

	@Override
	public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
		// Handle action bar item clicks here. The action bar will
		// automatically handle clicks on the Home/Up button, so long
		// as you specify a parent activity in AndroidManifest.xml.
		int id = item.getItemId();
		if (id == R.id.action_settings) {
			return true;
		}
		return super.onOptionsItemSelected(item);
	}
}

通过右击 Project Explorer -> Android Tools -> Add Native Support 中的项目，我们可以添加本地支持。

在下一个窗口中输入我们项目库的名称并点击完成。

现在我们要实施原生代码在单线程中执行积分计算。 在 jni/PiTBBCalc.cpp文件中，添加以下代码：

#include <jni.h>
#include <math.h>

double piIntFunc (const double x)
{
	return sqrt(1 - pow(x, 2.0));
}

double calcPi()
{
	const unsigned int n = pow(10.0, 7);
	double a(-1), b(1);
	double h = (b - a) / n;
	double x (a);

	for (unsigned int i (0); i < n; ++i)
	{
		sum += piIntFunc(x);
		x += h;
	}

	sum *= h;

	return 2 * sum;
}

extern "C"
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_intel_example_pitbbcalc_MainActivity_onClickCalc(JNIEnv *env,
		jobject obj)
{
	return calcPi();
}

我们可以尝试在单线程模式下运行我们的应用和 π 计算。

如果使用英特尔® TBB 为我们的项目添加并行实施，我们需要编辑 jni/Android.mk。 Android.mk 是项目的生成文件（Makefile），我们需要将英特尔® TBB 库添加到这个文件中：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
TBB_PATH := <tbb_sources>
TBB_BUILD_PATH := /build/linux_intel64_gcc_android_cc4.9_NDKr10b_version_android-L_release

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := PiTBBCalc
LOCAL_SRC_FILES := PiTBBCalc.cpp
LOCAL_CFLAGS += -DTBB_USE_GCC_BUILTINS -std=c++11 -fexceptions -Wdeprecated-declarations -I$(TBB_PATH)/include -I$(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)
LOCAL_LDLIBS := -llog -ltbb -L./ -L$(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)
LOCAL_SHARED_LIBRARIES += libtbb

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE    := libtbb
LOCAL_SRC_FILES := $(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)/libtbb.so
include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY)

在 jni/目录中，创建一个 Application.mk文件并添加以下行：

APP_ABI := x86_64 APP_GNUSTL_FORCE_CPP_FEATURES := exceptions rtti APP_STL := gnustl_shared

Application.mk 用于描述您的应用需要哪些原生模块（即静态/共享库）。 在行 APP_ABI := x86_64中，我们可以指定目标架构。

现在我们可以尝试运行我们的应用。 如果您看到了应用的主界面，则说明英特尔® TBB 链接成功，我们可以开始开发应用。

向代码添加并行功能时，我们应加上英特尔® TBB 标题： #include "tbb/tbb.h"，移除周期并添加以下代码：

double sum = tbb::parallel_reduce(
		tbb::blocked_range<unsigned int>(0,n),
		double(0), // identity element for summation
		[&](const tbb::blocked_range<unsigned int>& r, double sum)->double {
			for( int i=r.begin(); i!=r.end(); ++i )
			{
				sum += piIntFunc(x);
				x += h;
			}
			return sum; // body returns updated value of accumulator
		},
		[]( double x, double y )->double {
			return x+y; // joins two accumulated values
		}
	);

现在，如果您运行该应用，它就可以在多线程模式下运行了。

总结

如您所见，开发并行应用非常简单。 以计算 π 为例，我们成功演示了如何从单线程模式到多线程模式运用这些概念。

其他资源

• 线程构建模块
• 使用英特尔® TBB 开发面向 64 位架构的并行 Android* 应用
• Android* 教程： 使用英特尔® 线程构建模块编写多线程应用