多线程学习笔记（二）上下文切换

一、上下文切换的概念

       什么是上下文切换？

       时间片是CPU分配给各个线程的时间，一般几十毫秒，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，在切换前都会保存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

       单核处理器支持多线程吗？

       答案是支持的，也是通过CPU时间片分配机制，CPU通过不停地切换线程执行，让我们感觉多个线程时同时执行的。

二、上下文切换的带来的消耗

       上下文切换带来的消耗是什么？主要在上下文切换是需要保存上一个线程的状态，包括线程私有的程序计数器、寄存器等数据。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说，他需要相当可观的处理器时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间。所以，

上下文切换对系统来说意味着消耗大量的CPU时间。

三、如何减少上下文切换

  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算法来更新数据，而不需要枷锁。

  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。我们在使用线程池创建线程时要注意 这点。

  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见的切换。见GO语言。

  5）超线程。一个ALU(算术逻辑单元)对应多个PC(程序计数器)和寄存器。两个PC、寄存器可以保存两个线程的状态，减少了上下文切换。