为什么说线程太多，cpu切换线程会浪费很多时间？
更正：
线程越多，会耗费越多的内存，在线程切换上，为什么线程越多消耗的时间越长呢？其实单个线程的上下文占用的内存其实是不会随着线程数量的增多而增多的，线程越多切换越慢是和操作系统的CPU调度器的调度策略有关，目前大部分服务器操作系统的cpu调度器使用的调度策略是“CFS”(CFS是Completely Fair Scheduler简称，即完全公平调度器)。该调度器对READY的线程使用红黑树组织起来，在CPU调度的时候，会从这个红黑树里面根据每个线程的虚拟时钟-virtual runtime(vruntime)来选择一个线程执行。所以如果线程越多的话，红黑树就越大，树节点越多，查询就越慢，类似mysql索引的b+树，数量越大，查询速度越慢。
问题1：
假如有一个计算任务，计算1-100的和，每10个数相加，需要占用一个cpu时间片（1s）。如果起一个线程（模拟没有线程切换），完成任务需要多长时间？如果起5个线程，完成任务需要消耗多久时间？如果起20个线程，完成任务需要多长时间？如果起20个线程呢？20个线程呢？50个线程呢？
假设1：cpu是单核cpu
假设2：每个线程的优先级一样。
假设3：cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。
答：
1.如果起1个线程（模拟没有线程切换）就要消耗10s的cpu时间能完成任务。
2.如果起5个线程，每个线程处理20个数相加，所以要占用2个cpu时间片，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，总耗时10s+0.9s=10.9s；
3.如果起10个线程，每个线程处理10个数相加，要消耗1个cpu时间，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，总耗时10s+0.9s=10.9s。
4.如果起20个线程，每个线程处理5个数相加，占用0.5个时间片，即消耗10s，cpu要切换19次，即1.9s，总耗时10s+1.9s=11.9s。
5.如果起50个线程，每个线程处理2个数相加，占用0.2个时间片，即消耗10s，cpu要切换50次，即5s，总耗时10s+5s=15s。
总结：1个线程最快，起5个线程和10个线程的耗时是一样的，20个线程会更慢，所以线程数不是越多越好。
问题2：
假如有一个计算任务，计算1-100的和，每10个数相加，需要占用一个cpu时间片（1s），同时要在本地文件（模拟io阻塞）记一次数，会阻塞2s。如果起1个线程，完成任务需要耗时多少？如果起5个线程，完成任务需要消耗多久时间？如果起10个线程，完成任务需要多长时间？如果起20个线程呢？50个线程呢？
假设1：cpu是单核cpu
假设2：每个线程的优先级一样。
假设3：cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。
答：
1.如果起1个线程（模拟没有线程切换）处理数字相加需要消耗10s，写文件（阻塞）要消耗20s，总共需要消耗10s+20s=30s。
2.如果起5个线程，每个线程处理20个数相加，每个线程处理数字相加要2s，阻塞要4s。第一轮cpu时间片轮转导致线程切换，每个线程都计算完各自的10个数字，五个线程计算数字要5s，并且cpu切换了4次，切换要用0.4s，所以第一轮耗时5s+0.4s+=5.4s；然后开始第二轮，因为第二轮每个线程都是处理写文件的事情，那是dma的事情，线程会阻塞出让cpu，所以cpu直接切换，连续切换四次，加上第一轮到第二轮的切换，一共5次切换，切换占用0.5s，所以第二轮cpu都是耗在线程切换上，第二轮耗时0.5s。然后开始第三轮，这时候第一个线程还要阻塞1.5s（2-0.5=1.5）才能开始执行三轮，所以这1.5s范围内，cpu是空闲的。过了1.5秒之后，开始第三轮和第四轮，分别和前面的第一轮和第二轮一样，分别是，第三轮耗时5.4s，第四轮耗时0.5s。但是第四轮第5个线程切换之后，还要等待2s，第五个线程才完成文件io。所以起五个线程，cpu要切换四轮，总消耗5.4s（第一轮）+0.5s（第二轮）+1.5s（等待io）+5.4s（第三轮）+0.5s（第四轮）+2s（io等待）=15.3s。
3.如果起10个线程，每个线程处理10个数相加，要消耗1个cpu时间，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，第一轮耗时10s+9s=10.9s；第二轮因为是io阻塞，直接切换，要切换10次，切换耗时1s，然后继续等待第五个线程的io完成，等待1s（io要2s，切换线程过了1s，2-1=1）即可；所以总耗时是10.9s+1s+1s=12.9s。
4.如果起20个线程，每个线程处理5个数相加，第一轮切换29次线程，切换占用2.9s，计算数字需要10s，每切换两个线程，就io阻塞一次，ios阻塞10次，最后一次切换线程之后，还要等待最后一个线程的io，要等待2s。所以一共耗时2.9s+10s+2s=14.9s。
5.如果起50个线程，每个线程处理2个数相加，第一轮切换49次线程，切换占用4.9s，每切换5次线程，就io阻塞一次，计算数字要10s，，最后一次切换线程之后，还要等待最后一个线程的io，要等待2s。所以总耗时是：4.9s+10s+2s=16.9s。
总结：1个线程最快，起5个线程和10个线程的耗时是一样的，20个线程会更慢，所以线程数不是越多越好。
以下附上两个自己画的图，便于理解：
欢迎关注微信公众号“ismallboy”，请扫码并关注以下公众号，并在公众号下面回复“FGC”，获得本文最新内容。
