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java并发编程(二)---上下文切换

时间:2023-07-24 17:55:12浏览次数:36  
标签:多线程 java long --- 线程 切换 上下文 CPU

一、什么是上下文切换?

    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,线程会在分配的时间片内执行任务,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

    通俗的说上下文切换也就是线程的切换,从A任务切换到B任务。但任务之间的切换,有一定的性能损耗,将近1毫秒而不到1毫秒。

二、多线程一定快吗

这个答案是否定的,在一定情况下,单线程是比多线程执行效率更高的;

影响多线程执行效率有一个关键因素:上下文切换,上下文切换损耗的性能非常高。

单核情况下,单线程速度优于多线程,因为多线程有线程创建和上下文切换的开销,单线程只需要从上到下的执行。

 以下代码示例:

public class ConcurrencyTest {
    private static final long count = 10000l;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        concurrency();
        serial();
    }
    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--;
        }
        thread.join();
        long time = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("concurrency :" + time+"ms,b="+b);
    }
    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);
    }
}

在代码中如何可以减少上下文切换的次数呢?

1、无锁并发编程:多线程竞争锁时会产生上下文切换,所以在使用多线程处理数据时,可以使用一些办法来避免使用锁,例如将数据的ID按照hash算法来取模分段,不同线程处理不同的数据。

2、CAS算法:java的Atomic包使用CAS算法来更新数据,而不使用加锁

3、是用最少线程:避免创建不必要的线程,比如任务很少,但是创建了很多的线程来处理,这样会造成大量线程处于等待状态

4、协程:在单线程里面实现多任务的调度,并在单个线程里维持多个任务间的切换

 

多线程使用的场景:

  • 操作系统(一边干这个一边干那个)
  • 当出现CPU浪费比较严重的时候
如何减少上下文切换 --> 减少线程数量 当cpu浪费多 --> 线程越多越好 ----> 所以要找一个折中点,一般来说开几个到几十个性能最佳,具体依情况和测试而定。

 

标签:多线程,java,long,---,线程,切换,上下文,CPU
From: https://www.cnblogs.com/nliu/p/17577916.html

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