Java多線程上下文切換

 

轉載請註明原文地址：http://www.javashuo.com/article/p-yjhkqjrk-dk.html

 

一：什麼是上下文切換

   CPU處理任務時不是一直只處理一個，而是經過給每一個線程分配CPU時間片，時間片用完了就切換下一個線程。時間片很是短，通常只有幾十毫秒，因此CPU經過不停地切換線程執行時咱們幾乎感受不到任務的停滯，讓咱們感受是多個線程同時執行。

   CPU經過時間片分配算法來循環執行任務，當前任務執行一個時間片後會切換到下一個任務。可是，在切換前會保存上一個任務的狀態，以便下次切換回這個任務時，能夠再次加載這個任務的狀態，從任務保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

   這樣的切換是會影響多線程的執行效率的。

 

二：如何減小上下文切換來提升多線程程序的運行效率

    線程的上下文切換分爲讓步式上下文切換和搶佔式上下文切換。

    前者是指執行線程主動釋放CPU，與鎖競爭嚴重程度成正比，可經過減小鎖競爭來避免；

    後者是指線程因分配的時間片用盡而被迫放棄CPU或者被其餘優先級更高的線程所搶佔，通常因爲線程數大於CPU可用核心數引發，可經過調整線程數，適當減小線程數來避免。

 

    1）無鎖併發編程。鎖競爭時會引發上下文切換，因此多線程處理數據時，能夠用一些辦法來避免使用鎖，如將數據的ID按照Hash取模分段，不一樣的線程處理不一樣段的數據。

    2）減小鎖的使用，能用CAS代替鎖時儘可能用CAS代替。Java的Atomic包使用CAS算法來更新數據，而不須要加鎖。

         在多線程競爭下，加鎖、釋放鎖會致使比較多的上下文切換和調度延時，引發性能問題。

          多個線程使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知此次競爭中失敗，並能夠再次嘗試（只要cpu分配給線程的時間片沒有過，就能夠不斷的重試，可是時間片事後，若是仍是沒有成功，也會進行上下文切換，因此說只是減小了上下文切換）。

    3）使用最少線程。避免建立不須要的線程，好比任務不多，可是建立了不少線程來處理，這樣會形成大量線程都處於等待狀態。

    4）使用協程。在單線程裏實現多任務的調度，並在單線程裏維持多個任務間的切換。