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摘要:多线程中的上下文切换是什么?你觉得什么是线程安全?并行和并发有什么区别?守护线程与普通线程有什么区别?JDK21中的虚拟线程是什么?
多线程中的上下文切换是什么?
上下文切换
是指CPU从一个线程切换到另一个线程时,需要保存当前线程的上下文状态,然后恢复另一个线程的上下文状态,这样下次恢复执行该线程时也能够正确的执行。
多线程中的上下文切换
在多线程的情况下,线程上下文的切换是一种常见的操作,通常是在一个CPU上,由于多个线程共享CPU的时间片,一个线程的时间片用完后,切换到另一个线程运行时,要保存当前线程的状态信息,包括程序计数器,寄存器,栈指针等。以便下次执行该线程时,能恢复到正确的状态。
由于是在多线程的情况下,所以上下文切换的开销比单线程的开销大,因为多线程下需要保存和恢复更多的上下文信息。过多的上下文切换会降低系统的运行效率,因此需尽可能少的避免线程上下文切换次数。
避免频繁切换上下文的方法:
降低线程数,通过合理的线程池来管理线程,减少线程的创建和销毁,并不是线程数越多越好,合理的线程数可以避免线程过多的上下文切换。
采用无锁并发编程,可以避免线程因等待锁而进入阻塞状态,从而减少上下文切换的发生。
用CAS算法,CAS这种乐观锁的算法,可以避免线程的阻塞和唤醒操作,从而减少上下文切换。
合理是使用锁,在使用锁的过程中,避免过多地使用同步块或同步方法,一定要用的化,要尽量缩小同步块儿和同步方法的范围,从而减少线程的阻塞时间,减少上下文的切换。
使用协程(JDK19的虚拟线程),这是一种用户态的线程,其切换不需要操作系统的参与,因此可以避免上下文的切换(JVM层面还是会有一些保存和恢复线程的状态)。
你觉得什么是线程安全?
线程安全是指在多线程并发的情况下,能够正确的处理多线程之间的共享变量,使程序能够正确的执行。
这里所说的程序能够正确执行,主要是满足所谓的原子性、有序性和可见性。
共享变量
共享变量,即所有线程都可以操作的变量。
在操作系统中,进程是分配资源的基本单位,线程是执行的基本单位,因此多个线程是可以共享进程中的数据。在JVM中,堆和方法区的区域是多个线程共享的数据区域。
那么哪些变量是保存在堆和方法区中的呢,哪些变量又是保存在栈中的呢?
堆
方法区(元空间)
栈
类变量
实例变量
局部变量
public class VarTest {
/**
* 类变量
*/
public static String ClassVar = "ClassVar";
/**
* 实例变量
*/
public String entityVar = "entityVar";
/**
* 局部变量
*/
public void logMethodVar(){
// 局部变量
int methodIntVar = 1;
System.out.println(methodIntVar);
}
}
并行和并发有什么区别
并发(concurrency),在操作系统中,同一时间有多个程序处于运行中,且这几个程序是在同一个CPU中执行。
对于单个CPU来说,同一时间只能干一件事情,为了看起来像是同事干多件事情,操作系统把CPU的时间划分成长短基本相同的时间区间,也就是“时间片”,通过操作系统的管理,把这些时间片依次轮流地分配给各个用户使用。
并行(parallel),当操作系统有一个以上的CPU时,当一个CPU执行一个进程时,另一个CPU可以执行另一个进程,两个进程互相不抢占CPU资源,可以同时进行。
两者的关键性区别
并行是物理上的同时执行,而并发是逻辑上的同时执行。
并行通常需要更多硬件资源(如多核CPU),并发则更注重任务调度的效率。
并行的目标是加速单个任务(通过拆分任务并行处理),而并发的目标是处理更多任务(通过快速切换)。
守护线程与普通线程有什么区别
守护线程(Daemon Thread)和普通用户线程(User Thread),是两种不同类型的线程,两者都是可以通过Thread类或Runnable接口创建的。
两者最大的区别在于:JVM会等待所有普通用户线程执行完毕后才退出。JVM不会等待守护线程完成,当所有普通线程结束时,JVM会强制终止所有守护线程。
守护线程一般被用来执行后台任务,最典型的场景就是JVM的GC(垃圾回收器)。
还有一些场景例如:
日志记录(异步写入日志)
定时任务监控(如心跳检测)
资源清理(缓存清理)
JDK19出现的虚拟线程,也是守护线程。
