1. 上下文切換的概念

• CPU通過(guò)時(shí)間片分配算法來(lái)循環(huán)執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片后會(huì)切換到下一個(gè)任務(wù)。
• 在切換前會(huì)保存上一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)，以便下次切換回這個(gè)任務(wù)時(shí)，可以再加載這個(gè)任務(wù)的狀態(tài)。
• 所以任務(wù)從保存到再加載的過(guò)程就是一次上下文切換。

• 即使是單核處理器也支持多線程執(zhí)行代碼，CPU通過(guò)給每個(gè)線程分配CPU時(shí)間片來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制。
• 時(shí)間片是CPU分配給各個(gè)線程的時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間片非常短，所以CPU通過(guò)不停地切換線程執(zhí)行，讓我們感覺(jué)多個(gè)線程是同時(shí)執(zhí)行的，時(shí)間片一般是幾十毫秒（ms）。

2. 多線程一定快嗎

示例：

public class ConcurrencyTest {
    private static final long count = 10000l;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        concurrency();
        serial();
    }
    
    //并發(fā)
    private static void concurrency() throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int a = 0;
                for (long i = 0; i < count; i++) {
                    a += 5;
                }
            }
        });
        thread.start();
        int b = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;
        thread.join();
        System.out.println("concurrency :" + time+"ms,b="+b);
    }
    
    //串行
    private static void serial() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            a += 5;
        }
        int b = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("serial:" + time+"ms,b="+b+",a="+a);
    }
}

Screenshot_20180723_185057.jpg

• 當(dāng)并發(fā)執(zhí)行累加操作不超過(guò)百萬(wàn)次時(shí)，速度會(huì)比串行執(zhí)行累加操作要慢。
• 這是因?yàn)榫€程有創(chuàng)建和上下文切換的開(kāi)銷。

3 如何減少上下文切換

減少上下文切換的方法有無(wú)鎖并發(fā)編程、CAS算法、使用最少線程和使用協(xié)程。

• 無(wú)鎖并發(fā)編程。
  多線程競(jìng)爭(zhēng)鎖時(shí)，會(huì)引起上下文切換，所以多線程處理數(shù)據(jù)時(shí)，可以用一些辦法來(lái)避免使用鎖，如將數(shù)據(jù)的ID按照Hash算法取模分段，不同的線程處理不同段的數(shù)據(jù)。
• CAS算法。
  Java的Atomic包使用CAS算法來(lái)更新數(shù)據(jù)，而不需要加鎖。
• 使用最少線程。
  避免創(chuàng)建不需要的線程，比如任務(wù)很少，但是創(chuàng)建了很多線程來(lái)處理，這樣會(huì)造成大量線程都處于等待狀態(tài)。
• 協(xié)程：
  在單線程里實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的調(diào)度，并在單線程里維持多個(gè)任務(wù)間的切換。

參考

《java并發(fā)編程的藝術(shù)》