Java多线程上下文切换

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一：什么是上下文切换

CPU处理任务时不是一直只处理一个，而是通过给每个线程分配CPU时间片，时间片用完了就切换下一个线程。时间片非常短，一般只有几十毫秒，所以CPU通过不停地切换线程执行时我们几乎感觉不到任务的停滞，让我们感觉是多个线程同时执行。

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。

这样的切换是会影响多线程的执行效率的。

二：如何减少上下文切换来提高多线程程序的运行效率

    线程的上下文切换分为让步式上下文切换和抢占式上下文切换。

前者是指执行线程主动释放CPU，与锁竞争严重程度成正比，可通过减少锁竞争来避免；

后者是指线程因分配的时间片用尽而被迫放弃CPU或者被其他优先级更高的线程所抢占，一般由于线程数大于CPU可用核心数引起，可通过调整线程数，适当减少线程数来避免。

1）无锁并发编程。锁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。

2）减少锁的使用，能用CAS代替锁时尽量用CAS代替。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。

在多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题。

多个线程使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试（只要cpu分配给线程的时间片没有过，就可以不断的重试，但是时间片过后，如果还是没有成功，也会进行上下文切换，所以说只是减少了上下文切换）。

3）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。

4）使用协程。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。