1凯沪、背景
并發(fā)編程的目的是為了讓程序運(yùn)行得更快莱革，但是并不是啟動(dòng)更多的線(xiàn)程就能讓程序最大 限度地并發(fā)執(zhí)行。在進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)咽袜，如果希望通過(guò)多線(xiàn)程執(zhí)行任務(wù)讓程序運(yùn)行得更快丸卷，會(huì)面臨非常多的挑戰(zhàn)，比如上下文切換的問(wèn)題询刹、死鎖的問(wèn)題谜嫉，以及受限于硬 件和軟件的資源限制問(wèn)題，本文要研究的是上下文切換的問(wèn)題凹联。
2沐兰、什么是 上下文切換 ？
即使是單核CPU也支持多線(xiàn)程執(zhí)行代碼蔽挠，CPU通過(guò)給每個(gè)線(xiàn)程分配CPU時(shí)間片來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制住闯。時(shí)間片是CPU分配給各個(gè)線(xiàn)程的時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間片非常短象泵，所以CPU通過(guò)不停地切換線(xiàn)程執(zhí)行寞秃，讓我們感覺(jué)多個(gè)線(xiàn)程時(shí)同時(shí)執(zhí)行的，時(shí)間片一般是幾十毫秒（ms）偶惠。
CPU通過(guò)時(shí)間片分配算法來(lái)循環(huán)執(zhí)行任務(wù)春寿，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)。但是忽孽，在切換前會(huì)保存上一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)绑改，以便下次切換回這個(gè)任務(wù)時(shí)谢床，可以再次加載這個(gè)任務(wù)的狀態(tài)，從任務(wù)保存到再加載的過(guò)程就是一次上下文切換厘线。
這就像我們同時(shí)讀兩本書(shū)识腿，當(dāng)我們?cè)谧x一本英文的技術(shù)書(shū)籍時(shí)，發(fā)現(xiàn)某個(gè)單詞不認(rèn)識(shí)造壮， 于是便打開(kāi)中英文詞典渡讼，但是在放下英文書(shū)籍之前，大腦必須先記住這本書(shū)讀到了多少頁(yè)的第多少行耳璧，等查完單詞之后成箫，能夠繼續(xù)讀這本書(shū)。這樣的切換是會(huì)影響讀 書(shū)效率的旨枯，同樣上下文切換也會(huì)影響多線(xiàn)程的執(zhí)行速度蹬昌。
上下文切換代碼測(cè)試
下面的代碼演示串行和兵法執(zhí)行并累加操作的時(shí)間：
從表中可以看出皂贩，100次并發(fā)執(zhí)行累加以下，串行執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行的運(yùn)行速度總體而言差不多昆汹，1萬(wàn)次以下串行執(zhí)行甚至還可以說(shuō)是略快明刷。為什么并發(fā)執(zhí)行的速度會(huì)比串行慢呢？這就是因?yàn)?b>線(xiàn)程有創(chuàng)建和上下文切換的開(kāi)銷(xiāo)筹煮。
如何減少上下文切換
既然上下文切換會(huì)導(dǎo)致額外的開(kāi)銷(xiāo)遮精，因此減少上下文切換次數(shù)便可以提高多線(xiàn)程程序的運(yùn)行效率。減少上下文切換的方法有無(wú)鎖并發(fā)編程败潦、CAS算法本冲、使用最少線(xiàn)程和使用協(xié)程。
無(wú)鎖并發(fā)編程劫扒。多線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)時(shí)檬洞，會(huì)引起上下文切換，所以多線(xiàn)程處理數(shù)據(jù)時(shí)沟饥，可以用一些辦法來(lái)避免使用鎖添怔，如將數(shù)據(jù)的ID按照Hash取模分段，不同的線(xiàn)程處理不同段的數(shù)據(jù)
CAS算法贤旷。Java的Atomic包使用CAS算法來(lái)更新數(shù)據(jù)广料，而不需要加鎖
使用最少線(xiàn)程。避免創(chuàng)建不需要的線(xiàn)程幼驶，比如任務(wù)很少艾杏，但是創(chuàng)建了很多線(xiàn)程來(lái)處理，這樣會(huì)造成大量線(xiàn)程都處于等待狀態(tài)
協(xié)程盅藻。在單線(xiàn)程里實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的調(diào)度购桑，并在單線(xiàn)程里維持多個(gè)任務(wù)間的切換
