什么是线程上下文切换？

news2025/6/5 1:44:59

导语：
线程上下文切换（Context Switch）是Java并发编程中一个常见但容易被忽视的概念。在高并发场景下，它直接影响系统性能。本文将从面试官角度深入剖析这个话题，帮你理解底层原理、掌握优化思路、规避项目中的常见陷阱，助你在面试中脱颖而出。

一、面试主题概述

线程上下文切换，指的是 CPU 从一个线程切换到另一个线程时，需要保存当前线程的状态并恢复新线程的状态。这一过程虽然看似微秒级，但频繁切换会导致性能下降，尤其在高并发或大吞吐系统中影响明显。

Java 开发中频繁接触线程池、协程、锁、IO 等操作，如果不了解线程上下文切换背后的机制和代价，不仅容易写出“跑得慢”的代码，也很难通过中高级面试的并发模块考核。

二、高频面试题汇总

什么是线程上下文切换？会在什么场景发生？
上下文切换的成本有多大？如何衡量其对性能的影响？
Java 中哪些操作容易导致线程上下文切换？
如何优化程序，减少线程上下文切换？
协程相比线程上下文切换有哪些优势？

三、重点题目详解

题目1：什么是线程上下文切换？会在什么场景发生？

线程上下文切换是指 CPU 将当前线程的执行状态（如程序计数器、寄存器、堆栈信息等）保存下来，再加载另一个线程的状态开始运行的过程。

常见发生场景：

多线程并发执行时，线程时间片耗尽
线程被阻塞（如 I/O 阻塞、synchronized 锁竞争）
线程调用 sleep()、wait() 等方法
线程被操作系统或线程调度器挂起或唤醒

题目2：上下文切换的成本有多大？如何衡量？

上下文切换虽然时间极短（通常在几微秒到几十微秒之间），但大量切换会消耗 CPU 资源，影响吞吐量和响应时间。

可以使用 Linux 命令 vmstat、perf 或 Java 的 jstack、VisualVM、JFR 等工具来监控上下文切换频率。

扩展：vmstat 示例

vmstat 1
# cs 列显示每秒上下文切换次数，太高则表示线程切换频繁

题目3：Java 中哪些操作容易导致线程上下文切换？

synchronized 锁竞争
使用 Thread.sleep()、Object.wait()、LockSupport.park() 等阻塞操作
I/O 阻塞，如文件或网络读取
线程池中线程频繁创建销毁或任务切换

示例代码（线程阻塞与上下文切换）

public class ContextSwitchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(10); // 每10ms切换一次
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(task).start();
        }
    }
}