cpu个数、核数、线程数、Java多线程关系的理解

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2017年12月08日 15:35:37

一 cpu个数、核数、线程数的关系

cpu个数：是指物理上，也及硬件上的核心数；

核数：是逻辑上的，简单理解为逻辑上模拟出的核心数；

线程数：是同一时刻设备能并行执行的程序个数，线程数=cpu个数 * 核数

二 cpu线程数和Java多线程

首先明白几个概念：

(1) 单个cpu线程在同一时刻只能执行单一Java程序，也就是一个线程

(2) 单个线程同时只能在单个cpu线程中执行

(3) 线程是操作系统最小的调度单位，进程是资源（比如：内存）分配的最小单位

(4)Java中的所有线程在JVM进程中,CPU调度的是进程中的线程

(5)Java多线程并不是由于cpu线程数为多个才称为多线程，当Java线程数大于cpu线程数，操作系统使用时间片机制，采用线程调度算法，频繁的进行线程切换。

a 那么java多进程，每个进程又多线程，cpu是如何调度的呢？

个人理解：操作系统并不是单纯均匀的分配cpu执行不同的进程，因为线程是调度的最小单位，所以会根据不同进程中的线程个数进行时间分片，均匀的执行每个线程，也就是说A进程中有10个线程，而B进程中有2个进程，那么cpu分给进程的执行时间理论上应该是5:1才合理。

b cpu线程数和java线程数有直接关系吗？

个人理解：没有直接关系，正如上面所说，cpu采用分片机制执行线程，给每个线程划分很小的时间颗粒去执行，但是真正的项目中，线程要做很多的的操作，读写磁盘、数据逻辑处理、出于业务需求必要的休眠等等操作。

c 如何确定程序线程数？

个人理解：一般情况程序线程数等于cpu线程数的两到三倍就能很好的利用cpu了，过多的程序线程数不但不会提高性能，反而还会因为线程间的频繁切换而受影响，具体需要根据线程处理的业务考略，不断调整线程数个数，确定当前系统最优的线程数。

线程数是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的CPU核心数。比如，可以通过一个CPU核心数模拟出2线程的CPU，也就是说，这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。我们从任务管理器的性能标签页中看到的是两个CPU。比如Intel 赛扬G460是单核心，双线程的CPU，Intel 酷睿i3 3220是双核心四线程，Intel 酷睿i7 4770K是四核心八线程，Intel 酷睿i5 4570是四核心四线程等等。
对于一个CPU，线程数总是大于或等于核心数的。一个核心最少对应一个线程，但通过超线程技术，一个核心可以对应两个线程，也就是说它可以同时运行两个线程。 CPU的线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用，因为它是通过Intel超线程技术来实现的，最早应用在Pentium4上。如果没有超线程技术，一个CPU核心对应一个线程。所以，对于AMD的CPU来说，只有核心数的概念，没有线程数的概念。

CPU之所以要增加线程数，是源于多任务处理的需要。线程数越多，越有利于同时运行多个程序，因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。

物理cpu：实际server中插槽上的cpu的个数，物理cpu的数量，可以数不重复的physical id 有几个

逻辑cpu：Linux用户对 /proc/cpuinfo 这个文件肯定不陌生. 它是用来存储cpu硬件信息的，信息内容分别列出了processor 0 – n 的规格。这里需要注意，如果你认为n就是真实的cpu数的话, 就大错特错了，一般情况，我们认为一颗cpu可以有多核，加上intel的超线程技术(HT), 可以在逻辑上再分一倍数量的cpu core出来，逻辑CPU数量=物理cpu数量 x cpu cores 这个规格值 x 2(如果支持并开启ht)，备注一下：Linux下top查看的CPU也是逻辑CPU个数

# 总核数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数
# 总逻辑CPU数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数 X 超线程数

# 查看物理CPU个数
cat /proc/cpuinfo| grep "physical id"| sort| uniq| wc -l

# 查看每个物理CPU中core的个数(即核数)
cat /proc/cpuinfo| grep "cpu cores"| uniq

# 查看逻辑CPU的个数
cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l

#查看线程数 grep 'processor' /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l 注意，此处查看的线程数是总得线程数，可以理解为逻辑cpu的数量

CPU核数跟多线程的关系

一直以来有这样的疑惑，单核CPU适合多线程吗？是不是几个核的CPU开几个线程是最合适的？

今天就这一问题查了一些资料，现整理如下：

要说多线程就离不开进程，进程和线程的区别在这里就不详细说了，只将关键的几点：

a)进程之间是相互独立的，不共享内存和数据，线程之间的内存和数据是公用的，每个线程只有自己的一组CPU指令、寄存器和堆栈，对于线程来说只有CPU里的东西是自己独享的，程序中的其他东西都是跟同一个进程里的其他线程共享的。

b)操作系统创建进程时要分配好多外部资源，所以开销大。（这个跟操作系统有关，有人做过实验，window创建进程的开销大，linux创建进程的开销就很小。）

再来说一下CPU，在过去单CPU时代，单任务在一个时间点只能执行单一程序。之后发展到多任务阶段，计算机能在同一时间点并行执行多任务或多进程。虽然并不是真正意义上的“同一时间点”，而是多个任务或进程共享一个CPU，并交由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换，以使得每个任务都有机会获得一定的时间片运行。而现在多核CPU的情况下，同一时间点可以执行多个任务，具体到这个任务在CPU哪个核上运行，这个就跟操作系统和CPU本身的设计相关了。

我们假设一个极端的情况：在一台单核计算机上只运行2个程序，一个是我们的程序A，另一个是操作系统的程序B，每个程序是一个进程。单核CPU的时候，A和B在CPU上交替运行，具体的分配方式由操作系统来判断，我这里猜测应该跟A和B的线程数有关，因为线程是CPU级别的，如果A有5个线程，B也有5个线程，那么CPU分配给A和B的时间应该是1：1的；如果A增加到15个线程，CPU分配给A和B的时间应该是3：1的比例。所以此时如果A的线程数多，那么获得的CPU执行次数就多，处理的速度也就快了。以上假设的前提是：①A和B的优先级相同，②A和B都是只消耗CPU资源的程序。

如果相同的情况用一个双核的计算机来处理又会是什么结果呢？假设这个双核的计算机和操作系统比较傻，把A进程分配到核1上，B进程分配到核2上，那不管A有几个线程，都是用核1来处理，那么时间肯定是一样的。不过现实中应该不会有这么傻的CPU和操作系统吧。所以赶紧还是会根据线程来进行处理，当A的线程比B多时，会占用核2来处理A的线程。

刚才说的是只消耗CPU资源的程序，但这样的程序在实际应用中基本上是没有的，总会有跟资源打交道的。比如读个文件，查个数据库，访问一个网络连接等等。这个时候多线程才真正体现出优势，在一个进程中，线程a去读文件，线程b去查数据库，线程c去访问网络，a先用一下CPU，然后去读文件，此时CPU空闲，b就用一下，然后去查数据库，……，相对于读文件、查数据库、访问网络来说CPU计算的时间几乎可以忽略不计，所以多线程实际上是计算机多种资源的并行运用，跟CPU有几个核心是没什么关系的。

对于一个CPU，线程数总是大于或等于核心数的。一个核心最少对应一个线程，但通过超线程技术，一个核心可以对应两个线程，也就是说它可以同时运行两个线程。
CPU的线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用，因为它是通过Intel超线程技术来实现的，最早应用在Pentium4上。如果没有超线程技术，一个CPU核心对应一个线程。所以，对于AMD的CPU来说，只有核心数的概念，没有线程数的概念。
CPU之所以要增加线程数，是源于多任务处理的需要。线程数越多，越有利于同时运行多个程序，因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。
在Windows中，在cmd命令中输入“wmic”，然后在出现的新窗口中输入“cpu get *”即可查看物理CPU数、CPU核心数、线程数。其中，
Name:表示物理CPU数
NumberOfCores：表示CPU核心数
NumberOfLogicalProcessors：表示CPU线程数

单核多CPU与多核单CPU

一台计算机的处理器部分的架构

单核多CPU，那么每一个CPU都需要有较为独立的电路支持，有自己的Cache，而他们之间通过板上的总线进行通信。（一致性问题）

假如在这样的架构上，我们要跑一个多线程的程序（常见典型情况），不考虑超线程，那么每一个线程就要跑在一个独立的CPU上，线程间的所有协作都要走总线，而共享的数据更是有可能要在好几个Cache里同时存在。这样的话，总线开销相比较而言是很大的，怎么办？那么多Cache，即使我们不心疼存储能力的浪费，一致性怎么保证？

多核单CPU，那么我们只需要一套芯片组，一套存储，多核之间通过芯片内部总线进行通信，共享使用内存。在这样的架构上，如果我们跑一个多线程的程序，那么线程间通信将比上一种情形更快。

多个CPU常见于分布式系统，用于普通消费级市场的不多，多用于cluster，云计算平台什么的。多CPU架构最大的瓶颈就是I/O，尤其是各个CPU之间的通讯，低成本的都用100M以太网做，稍微好一点的用1000M以太网，再好的就用光纤等等，但无论如何速度和通量都比不上主板的主线。所以多CPU适用于大计算量，对速度（时间）不（太）敏感的任务，比如一些工程建模，或者像SATI找外星人这种极端的，跑上几千年都不着急的。而且多CPU架构更简单清晰，可以用消费级产品简单做数量堆叠，成本上有优势。而多核单CPU则适合对通讯I/O速度要求较快的应用，（相同核数量下）成本上也高一些，好像只有在超级计算机里会用到以万为单位的核心数，普通消费级产品也就是到16核封顶了，因为成本控制的原因。

在Windows中，在cmd命令中输入“wmic”，然后在出现的新窗口中分别输入“cpu get Name”,“cpu get NumberOfCores”,“cpu get NumberOfLogicalProcessors”即可查看物理CPU数、CPU核心数、线程数。
如下图所示：