java - java线程切换需要多长时间？

Question

我正在学习响应式(Reactive)编程技术，使用异步 I/O 等，但我找不到关于不切换线程的好处的权威比较数据。

显然，与计算相比，切换线程是“昂贵的”。但我们谈论的规模是多少？

基本问题是“切换 Java 线程需要多少个处理器周期/指令？” (我期待一个范围)

是否受操作系统影响？我认为它受到线程数量的影响，这就是为什么异步 IO 比阻塞好得多 - 线程越多，上下文必须存储的距离越远(大概甚至从缓存到主内存)。

我看过 Approximate timings for various operations虽然它已经(方式)过时了，但对于关联处理器周期可能仍然有用(网络可能需要更多的“指令”，SSD 磁盘可能更少)。

我知道响应式应用程序使 Web 应用程序每秒处理 1000 到 10,000 个请求(每台服务器)，但这也很难说 - 欢迎评论

注意 - 我知道目前这是一个有点模糊、无用、无意义的问题，因为我对会影响上下文切换速度的输入一无所知。也许统计答案会有所帮助——例如，我猜 >=60% 的线程将花费 100-10000 个处理器周期来切换。

Answer 1

线程的切换是由OS完成的，Java与它的关系不大。此外，至少在 linux 上，但我认为还有许多其他操作系统，调度成本不取决于线程数。 Linux 一直在使用 O(1)自 2.6 版以来的调度程序。

Linux 上的线程切换开销是some 1.2 µs (2018 年的文章)。不幸的是，这篇文章没有列出测量的时钟速度，但开销应该是大约 1000-2000 个时钟周期。在给定的机器和操作系统上，线程切换开销应该或多或少是恒定的，而不是一个很大的范围。

除了这种直接的切换成本之外，还有改变工作负载的成本:新线程很可能使用一组不同的指令和数据，这些指令和数据需要加载到缓存中，但这种成本在不同线程之间没有区别线程切换或异步编程“上下文切换”。为了完整起见，切换到完全不同的进程会产生更改内存地址空间的额外开销，这也很重要。

相比之下，Go 编程语言(使用与异步编程技术非常相似的用户空间线程)中 goroutine 之间的切换开销约为 170 ns，因此是 linux 线程切换的七分之一。

当然，这对您是否重要取决于您的用例。但对于大多数任务来说，你花在计算上的时间将远远超过上下文切换的开销。除非你有很多线程在切换之前做的工作量非常小。

自 2000 年代初以来，线程开销已经有了很大改善，根据链接文章，在生产环境中运行 10,000 个线程在具有大量内存的最新服务器上应该不是问题。线程切换缓慢的一般说法通常是基于过去的计算机，所以对那些人持保留态度。

异步编程的另一个基本优势是用户空间调度程序对任务有更多了解，因此原则上可以做出更明智的调度决策。它也不必处理来自不同用户的进程，这些进程执行仍然需要公平安排的截然不同的事情。但即使这样也可以解决，并使用正确的内核扩展 these Google engineers能够将线程切换开销减少到与 goroutine 切换相同的范围 (200 ns)。