线程池和上下文切换（任务）？

Question

这是一个相当普遍的计算机科学问题，并不针对任何操作系统或框架。

所以我有点困惑与线程池上切换任务相关的开销。在许多情况下，为每个作业提供自己的特定线程（我们不想创建太多硬件线程）是没有意义的，所以我们把这些作业放到可以安排在线程上运行的任务中。我们建立了一个线程池，然后动态分配任务以在从线程池获取的线程上运行。

对于在特定线程（在线程池中）切换任务相关的开销，我只是有点困惑（无法找到深入的答案）。 DrDobbs的一篇文章（来源于下文）说明了它的作用，但我需要更深入地回答实际发生的事情（可以引用的来源会非常棒:)）。

根据定义，SomeWork必须在池中排队，然后在 上运行与原始线程不同的线程。这意味着我们必然 招致排队开销加上一个上下文切换只是将工作移动到 池。如果我们需要将回答传回原始线程（例如通过消息或Future或类似的），我们将为此另外发送一个上下文切换。

来源：http://www.drdobbs.com/parallel/use-thread-pools-correctly-keep-tasks-sh/216500409?pgno=1

哪些组件的线程的实际切换？线程本身并不实际切换，只是特定于线程的数据。与此相关的开销是多少（或多或少）？

Answer 1

本文可能会讨论将工作发布到池中并等待其结果的情况。通常在线程池上运行任务不会导致任何上下文切换开销。

想象一下排队1000个工作项目。线程池线程将一个接一个地执行它们。所有这些之间没有一个单独的上下文切换。

切换发生等待/阻塞。

Answer 2

let's这里澄清前5个关键概念，然后再讨论他们在一个线程池的背景下如何关联：

• 螺纹： 在它可以被描述为一个程序执行上下文简短的简历，给通过正在运行的代码，cpu注册表和堆栈中的数据。当一个线程被创建时，它被分配了应该在该线程上下文中执行的代码。在每个cpu周期中，线程都有一条指令来执行，cpu注册表中的数据和堆栈处于给定状态。

• 任务： 表示工作单元。这是分配给要执行的线程的代码。

• 上下文切换（来自维基百科）： 是存储和恢复线程状态（上下文）的过程，以便以后可以从同一点恢复执行。这使多个进程共享一个CPU，并且是多任务操作系统的基本特征。正如上面所解释的，正在执行的代码，cpu注册表和堆栈是什么构成的。

上下文切换是什么线程。一项任务仅代表一项可以分配给待执行线程的工作安宁。在给定的时刻，一个线程可以执行任务。

• 线程池（维基百科）： 在计算机编程，线程池就是创建多个线程来执行多项任务，这通常是组织在一个队列中。

• 线程池队列： 任务放置在由池中的线程执行的位置。这种数据结构是内存共享的平衡，线程可能竞争队列/出队，可能导致高负载情况下的争用。

表示线程池的使用场景：

• 在你的程序（在主线程中运行最后），您创建一个任务，并安排其在线程池中执行。
• 该任务在线程池队列中排队。
• 当一个线程从池中执行时，它从池中取出一个任务并开始执行它。
• 如果没有空闲的cpu从池中执行线程，操作系统在某个时间点（取决于线程调度器策略和线程优先级）将阻止线程执行，上下文切换到其他线程。

操作系统可以在任何时候停止执行一个线程，切换到另一个线程的上下文，返回它继续停止的地方。

当与CPU竞争的活动线程的数量增加时，上下文切换的开销增加。因此，理想情况下，线程池会尝试使用最少的必要线程来占用机器中所有可用的cpus。

如果你的任务没有在某个地方编写代码块，那么上下文切换会被最小化，因为它不会使用比机器上可用的cpus更多的线程。

当然，如果你只有一个内核，你的主线程和线程池将竞争相同的CPU。