對于上下文切換不同的操作系統模式也不盡相同，這里我們只討論Unix系統，在我之前的文章中提到過windows的搶占式，這里就不在贅述。
無論是單核還是多核CPU都是支持多線程代碼的，CPU通過給每個線程分配CPU時間片來實這個機制。
時間片是CPU分配給各個線程的時間，因為時間片非常短，所以CPU通過不停地切換線程執行，讓我們感覺多個線程是同時執行的，時間片一般是幾十毫秒（ms）
CPU通過時間片分配算法來循環執行任務，當前任務執行一個時間片后會切換到下一個任務。但是，在切換前會保存上一個任務的狀態，以便下次切換回這個任務時，可以再加載這個任務的狀態。
所以任務從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。 很明顯上下文切換會影響多線程的執行速度。
如何減少上下文切換
減少上下文切換的方法有
1、無鎖并發編程。
多線程競爭鎖時，會引起上下文切換，所以多線程處理數據時，可以用一
些辦法來避免使用鎖，如將數據的ID按照Hash算法取模分段，不同的線程處理不同段的數據。
2、CAS算法。
Java的Atomic包使用CAS（compare and swap）算法來更新數據，而不需要加鎖。
3、使用最少線程。避免創建不需要的線程，比如任務很少，但是創建了很多線程來處理，這
樣會造成大量線程都處于等待狀態。
4、協程：在單線程里實現多任務的調度，并在單線程里維持多個任務間的切換。
減少上下文切換的例子
下面我們看一個通過減少線上大量WAITING的線程，來減少上下文切換次數的例子：
使用jstack命令dump線程信息，看看pid為3117的進程里的線程都在做什么
sudo -u admin /opt/java/bin/jstack 31177 > /home/java/dump17
統計所有線程分別處于什么狀態，發現300多個線程處于WAITING（onobjectmonitor）狀態
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grep java.lang.Thread.State dump17 | awk '{print $2$3$4$5}'| sort | uniq -c39 RUNNABLE21 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)6 TIMED_WAITING(parking)51 TIMED_WAITING(sleeping)305 WAITING(onobjectmonitor)3 WAITING(parking) |
打開dump文件查看處于WAITING（onobjectmonitor）的線程在做什么。發現這些線程基本全是JBOSS的工作線程，在await。說明JBOSS線程池里線程接收到的任務太少，大量線程都閑著。
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"http-0.0.0.0-7001-97" daemon prio=10 tid=0x000000004f6a8000 nid=0x555e inObject.wait() [0x0000000052423000]java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)at java.lang.Object.wait(Native Method)- waiting on <0x00000007969b2280> (a org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker)at java.lang.Object.wait(Object.java:485)at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker.await(AprEndpoint.java:1464)- locked <0x00000007969b2280> (a org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker)at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker.run(AprEndpoint.java:1489)at java.lang.Thread.run(Thread.java:662) |
減少JBOSS的工作線程數，找到JBOSS的線程池配置信息，將maxThreads降到100
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<maxThreads="250" maxHttpHeaderSize="8192"emptySessionPath="false" minSpareThreads="40" maxSpareThreads="75"maxPostSize="512000" protocol="HTTP/1.1"enableLookups="false" redirectPort="8443" acceptCount="200" bufferSize="16384"connectionTimeout="15000" disableUploadTimeout="false" useBodyEncodingForURI= "true"> |
重啟JBOSS，再dump線程信息，然后統計WAITING（onobjectmonitor）的線程，發現減少了175個。
WAITING的線程少了，系統上下文切換的次數就會少，因為每一次從WAITTING到RUNNABLE都會進行一次上下文的切換。
讀者也可以使用vmstat命令測試一下。
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grep java.lang.Thread.State dump17 | awk '{print $2$3$4$5}'| sort | uniq -c44 RUNNABLE22 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)9 TIMED_WAITING(parking)36 TIMED_WAITING(sleeping)130 WAITING(onobjectmonitor)1 WAITING(parking) |
為什么要減少上下文切換
當CPU從執行一個線程切換到執行另外一個線程的時候，它需要先存儲當前線程的本地的數據，程序指針等，然后載入另一個線程的本地數據，程序指針等，最后才開始執行。
這種切換稱為“上下文切換”(“context switch”)。
CPU會在一個上下文中執行一個線程，然后切換到另外一個上下文中執行另外一個線程。上下文切換并不廉價,是比較耗時的
以上這篇Java實現多線程的上下文切換就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/fuyuwei2015/article/details/71860349
