Вопросы для интервью с потоком Java: что такое переключение контекста потока? Зачем уменьшать переключение контекста?

Вопросы для интервью с потоком Java: что такое переключение контекста потока? Зачем уменьшать переключение контекста?

Переключение контекста потока означает, что для одновременного выполнения нескольких потоков операционной системе необходимо сохранить регистры ЦП, программные счетчики, указатели стека и другую информацию аппаратного контекста текущего потока перед запуском потока, чтобы его можно было восстанавливается при возобновлении потока.предыдущее состояние. Процесс сохранения этой информации, загрузки контекстной информации, необходимой для запуска других потоков, и последующего переключения на поток для продолжения выполнения называется переключением контекста потока.

В следующем примере мы моделируем длинную вычислительную задачу:

public class ContextSwitchDemo {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        // 创建 2 个线程
        Thread t1 = new TaskThread();
        Thread t2 = new TaskThread();

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        t2.start();

        // 等待两个线程执行完成
        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Task finished in " + (System.currentTimeMillis() - start) / 1000.0 + " seconds.");
    }

    static class TaskThread extends Thread {
    
    
        @Override
        public void run() {
    
    
            long sum = 0L;
            for (long i = 0; i < 50000000L; i++) {
    
    
                sum += i;
            }
            System.out.println("Task result: " + sum);
        }
    }
}

В этом примере мы создаем два потока вычислительных задач, и каждый поток будет выполнять долгосрочную непрерывную вычислительную задачу и выводить результаты вычислений. Во время запущенного процесса переключение контекста потока приведет к определенным накладным расходам, тем самым снижая эффективность системы.

Причины уменьшения переключения контекста следующие:

1. Когда система работает, будет много ситуаций переключения потоков.Если время переключения контекста слишком велико, это приведет к пустой трате времени ЦП и приведет к низкой эффективности системы;
2. Переключение контекста необходимо для сохранения и восстановления состояния потока и требует большого количества операций чтения и записи данных в памяти, что приведет к потере системного кеша. В то же время переключение потоков между многоядерными процессорами также приведет к ненужному переключению контекста, что повлияет на производительность многоядерных процессоров.

Чтобы уменьшить переключение контекста, можно принять несколько мер:

1. Уменьшите количество потоков и уменьшите конкуренцию между потоками.
2. Оптимизируйте алгоритм планирования потоков, чтобы ЦП выполнял программы более эффективно.
3. Используйте механизм синхронизации, чтобы избежать конкуренции за ресурсы потока и уменьшить переключение контекста.

Описание: Переключение контекста потока — распространенная проблема в процессе многопоточного программирования, но слишком частое переключение контекста приведет к пустой трате ресурсов и времени, что повлияет на эффективность системы. Уменьшая количество потоков, оптимизируя алгоритмы планирования потоков, используя механизмы синхронизации и т. д., можно эффективно уменьшить переключение контекста потока и повысить эффективность и стабильность многопоточного программирования.