上下文切换是否会导致高CPU占用？

Question

我们正在分析一项性能问题，最多可能有500个工作线程，CPU使用率并不是很高。上下文切换会导致高CPU吗？换句话说，由于CPU使用率不高，上下文切换（500个线程）在这里不是问题。

- goodier

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这个问题太宽泛了，没有实际用途。你能详细解释一下你试图解决的问题是什么吗？这是一个理论学术问题吗？ - chrylis -cautiouslyoptimistic-

这是我们开发中的一个真实性能问题。人们怀疑是否有太多的线程和上下文切换会导致性能问题。因此，我想知道如果CPU不高，我们可以说上下文切换不是很频繁吗？ - goodier

总之，如果频率足够高，上下文切换是很昂贵的，但这个你肯定知道。你需要具体说明。 - user207421

你拥有的线程数量并不像它们需要运行的频率那样重要。 - Peter Lawrey

Answer 1

只有在编程强制要求过多的上下文切换时，您的操作系统调度程序才会执行上下文切换，如果它认为这样做对性能有利。调度程序非常聪明，并且会限制上下文切换的数量，以避免对性能产生负面影响，如果可能的话。

然而，如果糟糕的编程阻止调度程序这样做，那么就可能出现过多的上下文切换。

例如，假设我有一个内核和500个线程。如果这500个线程每个都尝试做大量的工作，调度程序将让每个线程运行一定时间，以使上下文切换的总开销不是非常高。其中一些线程可能会看到非常高的延迟，但每个线程将运行足够长的时间，以使上下文切换不会影响性能。

但是，假设调度程序安排了第一个线程，然后在几条指令之后，该线程不再准备好运行。现在调度程序别无选择，只能切换上下文。如果下一个线程再次只运行了很短的时间，然后不再准备好运行，您将强制进行另一个上下文切换。这将导致性能下降。

强制上下文切换是不好的，调度程序选择执行的上下文切换是好的。

- David Schwartz

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非常感谢你的评论，David。它非常有启发性。 - goodier

Answer 2

是的，上下文切换可能会导致性能问题，但适当的设计通常可以防止这种情况发生。一般来说，在任何时候有比可用核心更多的线程“可运行”不是非常高效的：如果几个线程正在等待某些事情发生（I/O是一个常见的例子），则可以获得性能提升，但如果您只是尝试完成大量作业，则每个核心一次执行一个任务通常会更有效率（更少的上下文切换，更少的内存开销等）。这就是为什么ExecutorService很有用：它允许您将所有作业分派到队列中，而不必担心线程机制。

- chrylis -cautiouslyoptimistic-