上下文切換（context switch）

當想跑的執行緒比 CPU 核心多時，作業系統用時間來分享每個核心：讓一條執行緒跑一小段，然後暫停它、讓另一條跑，如此反覆——快到它們看起來像一起前進。在一個核心上暫停一條執行緒、恢復另一條的這個動作，就是上下文切換（context switch）。想像一位西洋棋大師同時下好幾盤：她走到一盤、下一步、走去下一盤，如此繼續——每盤的局面都原封不動地留著，等她稍後再接手。

「上下文」是那條被暫停的執行緒稍後要從原處繼續所需的一切：CPU 暫存器的內容（包括標記下一條指令的程式計數器、以及堆疊指標）以及相關的記帳。要切換，作業系統先存下正在跑的執行緒的上下文（把那些暫存器複製到記憶體），再把下一條執行緒先前存下的上下文載回暫存器，於是 CPU 從那條執行緒的半途接手，彷彿它從未停過。核心裡的排程器決定接下來誰跑、跑多久。在同一行程內的兩條執行緒之間切換相對便宜，因為它們共享一個定址空間；在不同行程的執行緒之間切換還牽涉到更換記憶體映射，花費更多。

上下文切換對我們的危害為何重要：上下文切換幾乎能落在任何指令邊界，包括讀-改-寫或任何臨界區間的中途。這正是兩條執行緒的操作被交錯的機制——作業系統在 count++ 做到一半時暫停執行緒 A、去跑執行緒 B，造成那個遺失更新的錯誤。上下文切換也有代價：它們花時間，還可能把有用的資料從 CPU 快取裡擠出去，所以切換得太瘋狂的程式會把力氣花在搬動執行緒、而非做事。這也是為什麼執行緒不是免費的、為什麼更多執行緒不一定更快的一部分原因。