2.上下文切换

概念：

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

测试上下文切换次数和时长

1. 使用Lmbench3[1]可以测量上下文切换的时长。
2.  使用vmstat可以测量上下文切换的次数。

下面是利用vmstat测量上下文切换次数的示例

 

CS（Content Switch）表示上下文切换的次数，从上面的测试结果中我们可以看到，上下文每1秒切换1000多次。

 

 如何减少上下文切换

 

1. 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，而不需要加锁。 
3. 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。
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间的切换
    
   
   

 

 减少上下文切换实战

 

 第一步：用jstack命令dump出pid为3117的进程里的线程信息

 

sudo -u admin /opt/ifeve/java/bin/jstack 31177 > /home/tengfei.fangtf/dump17 

 

 第二步：统计所有线程分别处于什么状态，发现300多个线程处于WAITING（onobjectmonitor）状态。

[tengfei.fangtf@ifeve ~]$ grep java.lang.Thread.State dump17 | awk '{print $2$3$4$5}' | sort | uniq -c

 

 　  39 RUNNABLE
　　21 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)
　　6 TIMED_WAITING(parking)
　　51 TIMED_WAITING(sleeping)
　　305 WAITING(onobjectmonitor)
　　3 WAITING(parking) 

 

 第三步：打开dump文件查看处于WAITING（onobjectmonitor）的线程在做什么。发现这些线程基本全是JBOSS的工作线程，在await。说明JBOSS线程池里线程接收到的任务太少，大量线程都闲着。 

 第四步：减少JBOSS的工作线程数，找到JBOSS的线程池配置信息，将maxThreads降到100。 

 　　<maxThreads="250" maxHttpHeaderSize="8192"
　　　　emptySessionPath="false" minSpareThreads="40" maxSpareThreads="75"
　　　　maxPostSize="512000" protocol="HTTP/1.1"
　　　　enableLookups="false" redirectPort="8443" acceptCount="200" bufferSize="16384"
　　　　connectionTimeout="15000" disableUploadTimeout="false" useBodyEncodingForURI= "true"> 

 

 第五步：重启JBOSS，再dump线程信息，然后统计WAITING（onobjectmonitor）的线程，发现减少了175个。WAITING的线程少了，系统上下文切换的次数就会少，因为每一次从WAITTING到RUNNABLE都会进行一次上下文的切换。读者也可以使用vmstat命令测试一下。

[tengfei.fangtf@ifeve ~]$ grep java.lang.Thread.State dump17 | awk '{print $2$3$4$5}' | sort | uniq -c

 

　　44 RUNNABLE
　　22 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)
　　9 TIMED_WAITING(parking)
　　36 TIMED_WAITING(sleeping)
　　130 WAITING(onobjectmonitor)
　　1 WAITING(parking)