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什么是上下文切换
即使是单核cpu也支持多线程执行代码，cpu通过给每个线程分配cpu时间片来实现这个机制。时间片是cpu分配给各个线程的时间，因为时间片非常短，所以cpu通过不停地切换线程执行，让我们感觉多个线程时同时执行的，时间片一般是几十毫秒（ms）。
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，可以再次加载这个任务的状态，从任务保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
这就像我们同时读两本书，当我们在读一本英文的技术书籍时，发现某个单词不认识，于是便打开中英文词典，但是在放下英文书籍之前，大脑必须先记住这本书读到了多少页的第多少行，等查完单词之后，能够继续读这本书。这样的切换是会影响读书效率的，同样上下文切换也会影响多线程的执行速度。
上下文切换代码测试
下面的代码演示串行和并发执行并累加操作的时间：
public class contextswitchtest
{
private static final long count = 10000;
public static void main(string[] args) throws exception
{
concurrency();
serial();
}
private static void concurrency() throws exception
{
long start = system.currenttimemillis();
thread thread = new thread(new runnable(){
public void run()
{
int a = 0;
for (int i = 0; i < count; i )
{
a = 5;
}
}
});
thread.start();
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i )
{
b --;
}
thread.join();
long time = system.currenttimemillis() - start;
system.out.println("concurrency：" time "ms, b = " b);
}
private static void serial()
{
long start = system.currenttimemillis();
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i )
{
a = 5;
}
int b = 0;
for (int i = 0; i < count; i )
{
b --;
}
long time = system.currenttimemillis() - start;
system.out.println("serial：" time "ms, b = " b ", a = " a);
}
}
修改上面的count值，即修改循环次数，看一下串行运行和并发运行的时间测试结果：
从表中可以看出，100次并发执行累加以下，串行执行和并发执行的运行速度总体而言差不多，1万次以下串行执行甚至还可以说是略快。为什么并发执行的速度会比串行慢呢？这就是因为线程有创建和上下文切换的开销。
引起线程上下文切换的原因
对于我们经常使用的抢占式操作系统而言，引起线程上下文切换的原因大概有以下几种：
- 当前执行任务的时间片用完之后，系统cpu正常调度下一个任务
- 当前执行任务碰到io阻塞，调度器将此任务挂起，继续下一任务
- 多个任务抢占锁资源，当前任务没有抢到锁资源，被调度器挂起，继续下一任务
- 用户代码挂起当前任务，让出cpu时间
- 硬件中断
如何减少上下文切换
既然上下文切换会导致额外的开销，因此减少上下文切换次数便可以提高多线程程序的运行效率。减少上下文切换的方法有无锁并发编程、cas算法、使用最少线程和使用协程。
- 无锁并发编程。多线程竞争时，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取模分段，不同的线程处理不同段的数据
- cas算法。java的atomic包使用cas算法来更新数据，而不需要加锁
- 使用最少线程。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
- 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
