多线程上下文切换

水深无声 2022-03-25 15:18 190阅读 0赞

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**什么是上下文切换**

上下文切换（context-switching）是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。

上下文切换时多任务操作系统和多线程环境的基本特征。

即使是单核CPU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通过不停地切换线程执行，让我们感觉多个线程时同时执行的，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**。

这就像我们同时读两本书，当我们在读一本英文的技术书籍时，发现某个单词不认识， 于是便打开中英文词典，但是在放下英文书籍之前，大脑必须先记住这本书读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。

**如何减少上下文切换**

既然上下文切换会导致额外的开销，因此减少上下文切换次数便可以提高多线程程序的运行效率。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

posted @ 2018-08-04 23:33 [Octopus22][] 阅读( ...) 评论( ...) [编辑][Link 2] 收藏

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