上下文切换及线程操作相关内容

一、上下文切换深度解析

1. 切换过程拆解

2. 性能影响关键点

• 直接开销：
  • 寄存器保存/恢复：约1000-3000时钟周期
  • TLB缓存失效：导致内存访问延迟增加
• 间接开销：
  • CPU缓存命中率下降（新线程数据未缓存）
  • 调度器计算消耗（如CFS调度器的红黑树调整）

3. 优化策略

// 减少切换的编码实践
1. 避免过度创建线程（使用线程池）
2. 减小临界区范围（同步代码块最小化）
3. 使用无锁数据结构（如ConcurrentHashMap）

二、线程创建方式对比

1. 无返回值实现

2. 带返回值实现

// Callable + FutureTask 示例
Callable<Integer> task = () -> {
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    return 42;
};
FutureTask<Integer> future = new FutureTask<>(task);
new Thread(future).start();
System.out.println(future.get()); // 阻塞获取结果

三、线程中断机制详解

1. 中断流程

2. 正确中断实践

// 标准中断处理模板
public void run() {
    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        try {
            // 业务代码
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            // 恢复中断状态（避免吞没中断）
            Thread.currentThread().interrupt();
            break;
        }
    }
}

四、volatile与锁的对比

1. volatile适用场景

• 单写多读：如开关标志位

  private volatile boolean running = true;
  

• 禁止重排序：DCL单例模式

  private static volatile Singleton instance;
  

2. 锁的选择策略

五、CompletableFuture进阶

1. 核心方法速查

2. 超时控制最佳实践

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 长时间任务
    return fetchData();
}).get(2, TimeUnit.SECONDS); // 抛出TimeoutException

六、生产环境问题排查

1. 线程状态诊断命令

jstack <pid> | grep -A 1 "java.lang.Thread.State"  # 查看线程状态分布
jcmd <pid> Thread.print                            # 完整线程转储

2. 常见死锁模式

// 典型的交叉锁死锁
Thread1: 锁定A后尝试获取B
Thread2: 锁定B后尝试获取A

通过jstack输出的Found one Java-level deadlock可快速定位。