上下文切换

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。

上下文切换性能消耗在哪里？

上下文切换过高，会导致CPU像个搬运工，频繁在寄存器和运行队列直接奔波 ，更多的时间花在了线程切换，而不是真正工作的线程上。直接的消耗包括CPU寄存器需要保存和加载，系统调度器的代码需要执行。间接消耗在于多核 cache之间的共享数据。

如何查看上下文切换次数和时长

• 使用Lmbench可以测量上下文切换的时长。
• 使用vmstat可以测量上下文切换的次数。

引起上下文切换的原因有哪些？

• 对于抢占式操作系统而言， 大体有几种：
• 当前任务的时间片用完之后，系统CPU正常调度下一个任务；
• 当前任务碰到IO阻塞，调度线程将挂起此任务，继续下一个任务；
• 多个任务抢占锁资源，当前任务没有抢到，被调度器挂起，继续下一个任务；
• 用户代码挂起当前任务，让出CPU时间；
• 硬件中断；

如何减少上下文切换

减少上下文切换的方法有无锁并发编程、CAS算法、使用最少线程和使用协程。❑

• 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。
• CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。
• 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。
• 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。