Java实现多线程的上下文切换

对于上下文切换不同的操作系统模式也不尽相同，这里我们只讨论Unix系统，在我之前的文章中提到过windows的抢占式，这里就不在赘述。

无论是单核还是多核CPU都是支持多线程代码的，CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实这个机制。

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。很明显上下文切换会影响多线程的执行速度。

如何减少上下文切换

减少上下文切换的方法有

1、无锁并发编程。

多线程竞争锁时，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算法取模分段，不同的线程处理不同段的数据。

2、CAS算法。

Java的Atomic包使用CAS（compare and swap）算法来更新数据，而不需要加锁。

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、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。

减少上下文切换的例子

下面我们看一个通过减少线上大量WAITING的线程，来减少上下文切换次数的例子：

使用jstack命令dump线程信息，看看pid为3117的进程里的线程都在做什么

sudo -u admin /opt/java/bin/jstack 31177 > /home/java/dump17

统计所有线程分别处于什么状态，发现300多个线程处于WAITING（onobjectmonitor）状态