Java线程和核心数

Question

我刚才有一个关于处理器和线程如何工作的快速问题。根据我目前的理解，核心一次只能执行1个进程。但是我们能够生成一个线程池（比方说30），其数量大于我们拥有的核心数量（假设为4）并让它们同时运行。如果我们只有4个核心，这怎么可能？我也可以在我的本地计算机上运行我的30线程程序，并继续在我的计算机上执行其他活动，如观看电影或浏览互联网。

我已经读过某个地方发生了线程调度，并且这种错误表明这30个线程由4个内核同时运行。这是真的，如果是这样，有人可以解释这是如何工作的，并建议一些好的阅读吗？

提前感谢您的帮助。

Answer 1

进程与线程

在旧的日子里，每个进程只有一个执行的线程，因此进程被直接安排到核心上（在过去，几乎只有一个核心可以安排到其上）。但是，在支持线程的操作系统（几乎都是现代操作系统）中，它是线程，而不是已调度的进程。因此，对于本讨论的其余部分，我们将专门讨论线程，您应该了解每个正在运行的进程都有一个或多个执行线程。

并行与并发

当两个线程以并行运行时，它们同时运行 。例如，如果我们有两个线程A和B，那么它们的并行执行将如下所示：

CPU 1：A -------------------------＆gt;

CPU 2：B -------------------------＆gt;

当两个线程同时运行 时，它们的执行重叠。重叠可以通过以下两种方式之一发生：线程正在同时执行（即并行，如上所述），或者它们的执行在处理器上交错，如下所示：

CPU 1：A -----------＆gt; B ----------＆gt; A -----------＆gt; B ----------＆gt;

所以，出于我们的目的，并行性可以被认为是并发的一个特例*

调度

  

但是我们能够生成一个线程池（比方说30），其数量大于我们拥有的核心数量（假设为4）并让它们同时运行。如果我们只有4个核心，这怎么可能？

在这种情况下，它们可以并发运行，因为CPU调度程序正在为这30个线程中的每一个分配一些CPU时间。有些线程将并行运行（如果你有4个内核，那么4个线程将同时并行运行），但所有30个线程将同时运行。你可以去玩游戏或浏览网页的原因是这些新线程被添加到线程池/队列中，并且还分配了CPU时间。

逻辑与物理核心

  

根据我目前的理解，核心一次只能执行1个过程

这不是相当是真的。由于非常聪明的硬件设计和流水线操作要花费太长时间才能进入（加上我不理解），一个物理内核可能实际执行两个完全不同的执行线程同时。

。如果你需要，可以稍微咀嚼这句话 - 它仍然让我大吃一惊。

这个惊人的壮举被称为同时多线程（或普遍的超线程，虽然这是这种技术的特定实例的专有名称）。因此，我们有物理内核，它们是实际的硬件CPU内核，逻辑内核，这是操作系统告诉软件可以使用的内核数量。逻辑核心本质上是一种抽象。在典型的现代Intel CPU中，每个物理内核充当两个逻辑核心。

  

有人可以解释这是如何运作的，并建议一些好的阅读吗？

如果您真的想了解进程，线程和日程安排如何协同工作，我建议操作系统概念。

• 术语 parallel 和并发的确切含义引起了激烈争论，甚至是here in our very own stack overflow。这些术语的含义在很大程度上取决于应用领域。

Answer 2

简而言之，您对核心的理解是正确的。核心可以一次执行1个线程（也称为进程）。

但是，您的程序不会真正一次运行30个主题。在这30个线程中，一次只运行4个，另外26个正在等待。 CPU将调度线程并为每个线程分配一段时间在核心上运行。因此CPU将使所有线程轮流运行。

一个常见的误解：

  

拥有更多线程将使我的程序运行得更快。

FALSE：拥有更多线程将 NOT 始终使您的程序运行得更快。它只是意味着CPU必须进行更多的切换，事实上，由于切换所有不同进程所产生的开销，拥有太多线程会使程序运行更慢。

Answer 3

Java不执行线程调度，它将此保留在操作系统上以执行线程调度。

对于计算密集型任务，建议使线程池大小等于可用核心数。但对于 I / O绑定任务，我们应该有更多的线程。如果两种类型的任务都可用且需要CPU时间片，还有许多其他变体。

  

核心一次只能执行1个进程

是的，但他们可以多任务并创建一个幻觉，他们一次只能处理多个流程

  

如果我们只有4个核心，这怎么可能？我也能   在我的本地计算机上运行我的30线程程序，并继续   在我的电脑上执行其他活动

由于多任务（并发），这是可能的。假设您启动了30个线程，OS也运行了50个线程，所有80个线程将通过逐个获取CPU时间片（每个核心一次一个线程）共享4个CPU核心。这意味着平均每个核心将同时运行80/4 = 20个线程。您会感觉所有线程/进程同时运行。

  

有人可以解释这是如何工作的

所有这些都发生在操作系统级别。如果您是程序员，那么您不必担心这一点。但如果你是操作系统的学生，那么选择任何操作系统书籍和详细了解操作系统级别的多线程，或者深入了解一些优秀的研究论文。有一件事你应该知道每个操作系统以不同的方式处理这些事情（但通常概念是相同的）

有一些语言，如 Erlang ，它们使用绿色线程（或进程），因此他们可以自己映射和调度线程，从而消除操作系统。因此，如果您有兴趣，也可以对绿色线程进行一些研究。

注意：您还可以研究 actor ，这是线程上的另一个抽象。 Erlang，Scala等语言使用actor来完成任务。一个线程可以拥有数百个演员;每个actor都可以执行不同的任务（类似于java中的线程）。

这是一个非常广泛而活跃的研究课题，还有很多东西需要学习。