并发：上下文切换。

清疚 2024-02-19 13:36 62阅读 0赞

即使是单核处理器也支持多线程执行代码，CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间，因为时间片非常短，所以CPU通过不停的切换线程执行，让我们感觉多个线程是同时执行的，时间片一般是几十毫秒（ms）。

CPU通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。但是，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，可以再加载这个任务的状态。所以任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

这就像我们同时读两本书，当我们在读一本英文的技术书时，发现某个单词不认识，于是便打开中英文字典，但是在放下英文技术书之前，大脑必须先记住这本书都到了多少页的第多少行，等查完单词之后，能够继续读这本书。这样的切换是会影响读书效率的，同样上下文切换也会影响多线程的执行速度。

经测试，当并发执行累加操作不超过百万次时，速度会比串行化执行累加操作要慢。那么，为什么并发执行的速度会比串行慢呢？这时因为线程有创建和上下文切换的开销。

## 测试上下文切换次数和时长 ##

下面我们来看看有什么工具可以度量上下文切换带来的消耗。

*  使用Lmbench3可以测量上下文切换的时长。
 *  使用vmstat可以测量上下文切换的次数。

## 如何减少上下文切换 ##

减少上下文切换的方法有无锁并发编程、CAS算法、使用最少线程和使用协程。

*  无锁并发编程。多线程竞争锁时，会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以用一些办法来避免使用锁，如将数据的ID按照Hash算法取模分段，不同的线程处理不同段的数据。
 *  CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。
 *  使用最少线程。避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多线程来处理，这样会造成大量线程都处于等待状态。
 *  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。

## 减少上下文切换实战 ##

通过减少线上大量WAITING的线程，来减少上下文切换次数。

1.  用jstack命令dump线程信息，看看pid为3117的进程里的线程都在做什么。
2.  统计所有线程分别处于什么状态。
3.  打开dump文件查看处于WAITING(onobjectmonitor)的线程在做什么。
4.  减少多余等待的工作线程数。
5.  重启。

## 建议 ##

多使用JDK并发包提供的并发容器和工具类来解决并发问题，因为这些类都已经通过了充分的测试和优化。