从Java视角理解CPU上下文切换(Context Switch)

1. $ vmstat 1
2. procs ———–memory———- —swap– —–io—- -system– —-cpu—-
3. r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
4. 1 0 0 4593944 453560 1118192 0 0 14 12 238 30 6 1 92 1
5. 0 0 0 4593212 453568 1118816 0 0 0 96 958 1108 4 1 94 2
6. 0 0 0 4593360 453568 1118456 0 0 0 0 895 1044 3 1 95 0
7. 1 0 0 4593408 453568 1118456 0 0 0 0 929 1073 4 1 95 0
8. 0 0 0 4593496 453568 1118456 0 0 0 0 1133 1363 6 1 93 0
9. 0 0 0 4593568 453568 1118476 0 0 0 0 992 1190 4 1 95 0 

1. import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
2. import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
4. public final class ContextSwitchTest {
5. static final int RUNS = 3;
6. static final int ITERATES = 1000000;
7. static AtomicReference turn = new AtomicReference();
9. static final class WorkerThread extends Thread {
10. volatile Thread other;
11. volatile int nparks;
13. public void run() {
14. final AtomicReference t = turn;
15. final Thread other = this.other;
16. if (turn == null || other == null)
17. throw new NullPointerException();
18. int p = 0;
19. for (int i = 0; i < ITERATES; ++i) {
20. while (!t.compareAndSet(other, this)) {
21. LockSupport.park();
22. ++p;
23. }
24. LockSupport.unpark(other);
25. }
26. LockSupport.unpark(other);
27. nparks = p;
28. System.out.println(“parks: “ + p);
30. }
31. }
33. static void test() throws Exception {
34. WorkerThread a = new WorkerThread();
35. WorkerThread b = new WorkerThread();
36. a.other = b;
37. b.other = a;
38. turn.set(a);
39. long startTime = System.nanoTime();
40. a.start();
41. b.start();
42. a.join();
43. b.join();
44. long endTime = System.nanoTime();
45. int parkNum = a.nparks + b.nparks;
46. System.out.println(“Average time: “ + ((endTime - startTime) / parkNum)
47. + “ns”);
48. }
50. public static void main(String[] args) throws Exception {
51. for (int i = 0; i < RUNS; i++) {
52. test();
53. }
54. }

55. }

java -cp . ContextSwitchTest

1. $ vmstat 1
2. procs ———–memory———- —swap– —–io—- -system– —-cpu—-
3. r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
4. 1 0 0 4424988 457964 1154912 0 0 13 12 252 80 6 1 92 1
5. 0 0 0 4420452 457964 1159900 0 0 0 0 1586 2069 6 1 93 0
6. 1 0 0 4407676 457964 1171552 0 0 0 0 1436 1883 8 3 89 0
7. 1 0 0 4402916 457964 1172032 0 0 0 84 22982 45792 9 4 85 2
8. 1 0 0 4416024 457964 1158912 0 0 0 0 95382 198544 17 10 73 0
9. 1 1 0 4416096 457964 1158968 0 0 0 116 79973 159934 18 7 74 0
10. 1 0 0 4420384 457964 1154776 0 0 0 0 96265 196076 15 10 74 1

11. 1 0 0 4403012 457972 1171096 0 0 0 152 104321 213537 20 12 66 2 
    

$strace -f java -cp . ContextSwitchTest

1. $ perf stat -e cache-misses java -cp . ContextSwitchTest
2. parks: 999999
3. parks: 1000000
4. Average time: 16201ns
5. parks: 998930
6. parks: 998926
7. Average time: 14426ns
8. parks: 998034
9. parks: 998204
10. Average time: 14489ns
12. Performance counter stats for ‘java -cp . ContextSwitchTest’:
14. 2,550,605 cache-misses
16. 90.221827008 seconds time elapsed 
    

1. $ taskset -c 0 java -cp . ContextSwitchTest
2. parks: 992713
3. parks: 1000000
4. Average time: 2169ns
5. parks: 978428
6. parks: 1000000
7. Average time: 2196ns
8. parks: 989897
9. parks: 1000000
10. Average time: 2214ns