對于單核 CPU，CPU 在一個時刻只能運行一個線程，當(dāng)在運行一個線程的過程中轉(zhuǎn)去運行另外一個線程，這個叫做線程上下文切換。

由于可能當(dāng)前線程的任務(wù)并沒有執(zhí)行完畢，所以在切換時需要保存線程的運行狀態(tài)，以便下次重新切換回來時能夠繼續(xù)切換之前的狀態(tài)運行。舉個簡單的例子：比如一個線程A正在讀取一個文件的內(nèi)容，正讀到文件的一半，此時需要暫停線程A，轉(zhuǎn)去執(zhí)行線程B，當(dāng)再次切換回來執(zhí)行線程A的時候，我們不希望線程A又從文件的開頭來讀取。

因此需要記錄線程A的運行狀態(tài)，那么會記錄哪些數(shù)據(jù)呢?因為下次恢復(fù)時需要知道在這之前當(dāng)前線程已經(jīng)執(zhí)行到哪條指令了，所以需要記錄程序計數(shù)器的值，另外比如說線程正在進(jìn)行某個計算的時候被掛起了，那么下次繼續(xù)執(zhí)行的時候需要知道之前掛起時變量的值時多少，因此需要記錄CPU寄存器的狀態(tài)。所以一般來說，線程上下文切換過程中會記錄程序計數(shù)器、CPU寄存器狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

簡而言之：對于線程的上下文切換實際上就是 存儲和恢復(fù)CPU狀態(tài)的過程，它使得線程執(zhí)行能夠從中斷點恢復(fù)執(zhí)行。

既然上下文切換會帶來開銷，給CPU帶來負(fù)擔(dān)，那么我們該如何減少線程上下文切換呢?

1 .減少線程的數(shù)量

由于一個CPU每個時刻只能執(zhí)行一條線程，而傲嬌的我們又想讓程序并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)只好不斷地進(jìn)行上下文切換來使我們從感官上覺得程序是并發(fā)執(zhí)的行。因此，我們只要減少線程的數(shù)量，就能減少上下文切換的次數(shù)。然而如果線程數(shù)量已經(jīng)少于CPU核數(shù)，每個CPU執(zhí)行一條線程，照理來說CPU不需要進(jìn)行上下文切換了，但事實并非如此。

2 .控制同一把鎖上的線程數(shù)量

如果多條線程共用同一把鎖，那么當(dāng)一條線程獲得鎖后，其他線程就會被阻塞;當(dāng)該線程釋放鎖后，操作系統(tǒng)會從被阻塞的線程中選一條執(zhí)行，從而又會出現(xiàn)上下文切換。因此，減少同一把鎖上的線程數(shù)量也能減少上下文切換的次數(shù)。

3 .采用無鎖并發(fā)編程

需要并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)是無狀態(tài)的：HASH分段

所謂無狀態(tài)是指并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)沒有共享變量，他們都獨立執(zhí)行。對于這種類型的任務(wù)可以按照ID進(jìn)行HASH分段，每段用一條線程去執(zhí)行。

需要并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)是有狀態(tài)的：CAS算法

如果任務(wù)需要修改共享變量，那么必須要控制線程的執(zhí)行順序，否則會出現(xiàn)安全性問題。你可以給任務(wù)加鎖，保證任務(wù)的原子性與可見性，但這會引起阻塞，從而發(fā)生上下文切換;為了避免上下文切換，你可以使用CAS算法，僅在線程內(nèi)部需要更新共享變量時使用CAS算法來更新，這種方式不會阻塞線程，并保證更新過程的安全性。

因此，盡管多線程可以使得任務(wù)執(zhí)行的效率得到提升，但由于在線程切換時同樣會帶來一定的開銷代價，并且多個線程會導(dǎo)致系統(tǒng)資源占用的增加，所以在進(jìn)行多線程編程時要注意這些因素。好了，線程上下文切換就講到這里，想要掌握更多的多線程知識的小伙伴抓緊時間攻克本站的Java多線程教程吧!