Java多线程上下文切换

 

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一：什么是上下文切换

   CPU处理任务时不是一直只处理一个，而是经过给每一个线程分配CPU时间片，时间片用完了就切换下一个线程。时间片很是短，通常只有几十毫秒，因此CPU经过不停地切换线程执行时咱们几乎感受不到任务的停滞，让咱们感受是多个线程同时执行。

   CPU经过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。可是，在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，能够再次加载这个任务的状态，从任务保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

   这样的切换是会影响多线程的执行效率的。

 

二：如何减小上下文切换来提升多线程程序的运行效率

    线程的上下文切换分为让步式上下文切换和抢占式上下文切换。

    前者是指执行线程主动释放CPU，与锁竞争严重程度成正比，可经过减小锁竞争来避免；

    后者是指线程因分配的时间片用尽而被迫放弃CPU或者被其余优先级更高的线程所抢占，通常因为线程数大于CPU可用核心数引发，可经过调整线程数，适当减小线程数来避免。

 

    1）无锁并发编程。锁竞争时会引发上下文切换，因此多线程处理数据时，能够用一些办法来避免使用锁，如将数据的ID按照Hash取模分段，不一样的线程处理不一样段的数据。

    2）减小锁的使用，能用CAS代替锁时尽可能用CAS代替。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不须要加锁。

         在多线程竞争下，加锁、释放锁会致使比较多的上下文切换和调度延时，引发性能问题。

          多个线程使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知此次竞争中失败，并能够再次尝试（只要cpu分配给线程的时间片没有过，就能够不断的重试，可是时间片事后，若是仍是没有成功，也会进行上下文切换，因此说只是减小了上下文切换）。

    3）使用最少线程。避免建立不须要的线程，好比任务不多，可是建立了不少线程来处理，这样会形成大量线程都处于等待状态。

    4）使用协程。在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换。