CPU和线程概述、线程池如何合理设置

一时失言乱红尘 2022-04-05 03:24 496阅读 0赞

**目录**

1 物理核

虚拟核

单核cpu和多核cpu

2 进程和线程

理解

对比

线程切换

线程开销

3 串行、并发、并行

串行

并发

并行

4 多核下线程数量选择

计算密集型

IO密集型

提高性能的方向

5 并发编程网上关于线程池的总结

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**参考连接：**   
[认识cpu、核与线程][cpu]   
[如何合理的估算线程池大小][Link 1]   
[转如何合理设置线程池大小][Link 2]

# 1 物理核 #

物理核数量=cpu数(机子上装的cpu的数量)\*每个cpu的核心数

## 虚拟核 ##

*  所谓的4核8线程，4核指的是物理核心。通过超线程技术，用一个物理核模拟两个虚拟核，每个核两个线程，总数为8线程。
 *  在操作系统看来是8个核，但是实际上是4个物理核。
 *  通过超线程技术可以实现单个物理核实现线程级别的并行计算，但是比不上性能两个物理核。

## 单核cpu和多核cpu ##

*  都是一个cpu，不同的是每个cpu上的核心数
 *  多核cpu是多个单核cpu的替代方案，多核cpu减小了体积，同时也减少了功耗
 *  一个核心只能同时执行一个线程

# 2 进程和线程 #

## 理解 ##

*  进程是操作系统进行资源（包括cpu、内存、磁盘IO等）分配的最小单位
 *  线程是cpu调度和分配的基本单位
 *  资源分配给进程，线程共享进程资源。

## 对比 ##

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;width:54pt;">对比</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;width:54pt;">进程</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;width:54pt;">线程</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">定义</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;"> 进程是程序运行的一个实体的运行过程， 是系统进行资源分配和调配的一个独立单位 </td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">线程是进程运行和执行的最小调度单位</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">系统开销</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">创建撤销切换开销大，资源要重新分配和收回</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">仅保存少量寄存器的内容，开销小，在进程的地址空间执行代码</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">拥有资产</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">资源拥有的基本单位</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">基本上不占资源，仅有不可少的资源（程序计数器，一组寄存器和栈）</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">调度</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">资源分配的基本单位</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">独立调度分配的单位</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">安全性</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">进程间相互独立，互不影响</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">线程共享一个进程下面的资源，可以互相通信和影响</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:bottom;">地址空间</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;">系统赋予的独立的内存地址空间</td> 
 <td style="vertical-align:bottom;"> 由相关堆栈寄存器和和线程控制表TCB组成，寄存器可被用来存储线程内的局部变量 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 线程切换 ##

*  cpu给线程分配时间片(也就是分配给线程的时间)，执行完时间片后会切换都另一个线程。
 *  切换之前会保存线程的状态，下次时间片再给这个线程时才能知道当前状态。
 *  从保存线程A的状态再到切换到线程B时，重新加载线程B的状态的这个过程就叫上下文切换。
 *  上下切换时会消耗大量的cpu时间。

## 线程开销 ##

*  上下文切换消耗
 *  线程创建和消亡的开销
 *  线程需要保存维持线程本地栈，会消耗内存

# 3 串行、并发、并行 #

## 串行 ##

多个任务，执行时一个执行完再执行另一个。  
比喻：吃完饭再看球赛。

## 并发 ##

多个线程在单个核心运行，同一时间一个线程运行，系统不停切换线程，看起来像同时运行，实际上是线程不停切换。  
比喻： 一会跑去食厅吃饭，一会跑去客厅看球赛。

## 并行 ##

每个线程分配给独立的核心，线程同时运行。  
比喻：一边吃饭一边看球赛。

# 4 多核下线程数量选择 #

## 计算密集型 ##

*  程序主要为复杂的逻辑判断和复杂的运算。
 *  cpu的利用率高，不用开太多的线程，开太多线程反而会因为线程切换时切换上下文而浪费资源。

## IO密集型 ##

*  程序主要为IO操作，比如磁盘IO(读取文件)和网络IO(网络请求)。
 *  因为IO操作会阻塞线程，cpu利用率不高，可以开多点线程，阻塞时可以切换到其他就绪线程，提高cpu利用率。

# 提高性能的方向 #

*  提高性能的一种方式：提高硬件水平，处理速度或核心数。
 *  另一种方式：根据场景，合理设置线程数，软件上提高cpu利用率。(线程数的设置，如果是CPU密集型应用，则线程池大小设置为N+1，如果是IO密集型应用，则线程池大小设置为2N+1)

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线程数的设置也可参考公式线程数=CPU核心数/(1-阻塞系数),看你的任务是计算密集性的还是IO密集性的,IO密集型的，阻塞系数加大，计算密集型的阻塞系数减少,阻塞系数可以将其理解为>阻塞时间/计算时间;

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# 5 并发编程网上关于线程池的总结 #

高并发、任务执行时间短的业务怎样使用线程池？并发不高、任务执行时间长的业务怎样使用线程池？并发高、业务执行时间长的业务怎样使用线程池？   
\- 高并发、任务执行时间短的业务，线程池线程数可以设置为CPU核数+1，减少线程上下文的切换   
\- 并发不高、任务执行时间长的业务要区分开看：   
\- 假如是业务时间长集中在IO操作上，也就是IO密集型的任务，因为IO操作并不占用CPU，所以不要让所有的CPU闲下来，可以适当加大线程池中的线程数目，让CPU处理更多的业务   
\- 假如是业务时间长集中在计算操作上，也就是计算密集型任务，线程池中的线程数设置得少一些，减少线程上下文的切换   
\- 并发高、业务执行时间长，这种类型任务需要分段定位优化，第一看看这些业务里面某些数据是否能做缓存，其二增加服务器提高硬件性能，其三是参考设置合理的线程池，最后，业务执行时间长的问题，需要考虑进行业务的拆分和解耦。

[cpu]: https://www.cnblogs.com/-new/p/7234332.html
[Link 1]: http://ifeve.com/how-to-calculate-threadpool-size/
[Link 2]: https://blog.csdn.net/u011519624/article/details/69263460