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线程上下文

CPU 切换前把当前任务的状态保存下来,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,然后加载下一任务的状态并执行。任务的状态保存及再加载, 这段过程就叫做上下文切换。

上下文切换会导致额外的开销,常常表现为高并发执行时速度会慢串行,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

  • 直接消耗:指的是 CPU 寄存器需要保存和加载, 系统调度器的代码需要执行, TLB实例需要重新加载, CPU 的pipeline需要刷掉
  • 间接消耗:指的是多核的 cache 之间的共享数据, 间接消耗对于程序的影响要看线程工作区操作数据的大小

每个线程都有一个程序计数器(记录要执行的下一条指令),一组寄存器(保存当前线程的工作变量),堆栈(记录执行历史,其中每一帧保存了一个已经调用但未返回的过程)。

线程调度

抢占式调度

指的是每条线程执行的时间、线程的切换都由系统控制,系统控制指的是在系统某种运行机制下,可能每条线程都分同样的执行时间片,也可能是某些线程执行的时间片较长,甚至某些线程得不到执行的时间片。在这种机制下,一个线程的堵塞不会导致整个进程堵塞。

java使用的线程调使用抢占式调度,Java中线程会按优先级分配CPU时间片运行,且优先级越高越优先执行,但优先级高并不代表能独自占用执行时间片,可能是优先级高得到越多的执行时间片,反之,优先级低的分到的执行时间少但不会分配不到执行时间。

协同式调度

指某一线程执行完后主动通知系统切换到另一线程上执行,这种模式就像接力赛一样,一个人跑完自己的路程就把接力棒交接给下一个人,下个人继续往下跑。线程的执行时间由线程本身控制,线程切换可以预知,不存在多线程同步问题,但它有一个致命弱点:如果一个线程编写有问题,运行到一半就一直堵塞,那么可能导致整个系统崩溃。

线程让出cpu的情况
  • 当前运行线程主动放弃CPU,JVM暂时放弃CPU操作(基于时间片轮转调度的JVM操作系统不会让线程永久放弃CPU,或者说放弃本次时间片的执行权),例如调用 yield()
  • 当前运行线程因为某些原因进入阻塞状态,例如阻塞在I/O上
  • 当前运行线程结束,即运行完 run() 方法里面的任务

线程建议

  • 高并发,低耗时的情况,建议少线程
  • 低并发,高耗时的情况:建议多线程
  • 高并发高耗时,要分析任务类型、增加排队、加大线程数