为什么说线程太多，cpu切换线程会浪费很多时间？

问题1：

假如有一个计算任务，计算1-100的和，每10个数相加，需要占用一个cpu时间片（1s）。如果起一个线程（模拟没有线程切换），完成任务需要多长时间？如果起5个线程，完成任务需要消耗多久时间？如果起20个线程，完成任务需要多长时间？如果起20个线程呢？20个线程呢？50个线程呢？

假设1：cpu是单核cpu

假设2：每个线程的优先级一样。

假设3：cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。

 

答：

1.如果起1个线程（模拟没有线程切换）就要消耗10s的cpu时间能完成任务。

2.如果起5个线程，每个线程处理20个数相加，所以要占用2个cpu时间片，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，总耗时10s+0.9s=10.9s；

3.如果起10个线程，每个线程处理10个数相加，要消耗1个cpu时间，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，总耗时10s+0.9s=10.9s。

4.如果起20个线程，每个线程处理5个数相加，占用0.5个时间片，即消耗10s，cpu要切换19次，即1.9s，总耗时10s+1.9s=11.9s。

5.如果起50个线程，每个线程处理2个数相加，占用0.2个时间片，即消耗10s，cpu要切换50次，即5s，总耗时10s+5s=15s。

 

总结：1个线程最快，起5个线程和10个线程的耗时是一样的，20个线程会更慢，所以线程数不是越多越好。

 

问题2：

 

假如有一个计算任务，计算1-100的和，每10个数相加，需要占用一个cpu时间片（1s），同时要在本地文件（模拟io阻塞）记一次数，会阻塞2s。如果起1个线程，完成任务需要耗时多少？如果起5个线程，完成任务需要消耗多久时间？如果起10个线程，完成任务需要多长时间？如果起20个线程呢？50个线程呢？

假设1：cpu是单核cpu

假设2：每个线程的优先级一样。

假设3：cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。

 

答：

1.如果起1个线程（模拟没有线程切换）处理数字相加需要消耗10s，写文件（阻塞）要消耗20s，总共需要消耗10s+20s=30s。

2.如果起5个线程，每个线程处理20个数相加，每个线程处理数字相加要2s，阻塞要4s。第一轮cpu时间片轮转导致线程切换，每个线程都计算完各自的10个数字，五个线程计算数字要5s，并且cpu切换了4次，切换要用0.4s，所以第一轮耗时5s+0.4s+=5.4s；然后开始第二轮，因为第二轮每个线程都是处理写文件的事情，那是dma的事情，线程会阻塞出让cpu，所以cpu直接切换，连续切换四次，加上第一轮到第二轮的切换，一共5次切换，切换占用0.5s，所以第二轮cpu都是耗在线程切换上，第二轮耗时0.5s。然后开始第三轮，这时候第一个线程还要阻塞1.5s（2-0.5=1.5）才能开始执行三轮，所以这1.5s范围内，cpu是空闲的。过了1.5秒之后，开始第三轮和第四轮，分别和前面的第一轮和第二轮一样，分别是，第三轮耗时5.4s，第四轮耗时0.5s。但是第四轮第5个线程切换之后，还要等待2s，第五个线程才完成文件io。所以起五个线程，cpu要切换四轮，总消耗5.4s（第一轮）+0.5s（第二轮）+1.5s（等待io）+5.4s（第三轮）+0.5s（第四轮）+2s（io等待）=15.3s。

3.如果起10个线程，每个线程处理10个数相加，要消耗1个cpu时间，即10s，cpu要切换9次，即0.9s，第一轮耗时10s+9s=10.9s；第二轮因为是io阻塞，直接切换，要切换10次，切换耗时1s，然后继续等待第五个线程的io完成，等待1s（io要2s，切换线程过了1s，2-1=1）即可；所以总耗时是10.9s+1s+1s=12.9s。

4.如果起20个线程，每个线程处理5个数相加，第一轮切换29次线程，切换占用2.9s，计算数字需要10s，每切换两个线程，就io阻塞一次，ios阻塞10次，最后一次切换线程之后，还要等待最后一个线程的io，要等待2s。所以一共耗时2.9s+10s+2s=14.9s。

5.如果起50个线程，每个线程处理2个数相加，第一轮切换49次线程，切换占用4.9s，每切换5次线程，就io阻塞一次，计算数字要10s，，最后一次切换线程之后，还要等待最后一个线程的io，要等待2s。所以总耗时是：4.9s+10s+2s=16.9s。

 

总结：1个线程最快，起5个线程和10个线程的耗时是一样的，20个线程会更慢，所以线程数不是越多越好。

 

以下附上两个自己画的图，便于理解：

 

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