线程数多于CPU核心数时多线程运行机制咨询

#include <iostream>
#include <thread>
#include <unistd.h>
using namespace std;

void taskA() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskA: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskB() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskB: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskC() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskC: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskD() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskD: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskE() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskE: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskF() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskF: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskG() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskG: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
void taskH() {
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        sleep(1);
        printf("TaskH: %d\n", i*i);
        fflush(stdout);
    }
}
int main(void) {
    thread t1(taskA);
    thread t2(taskB);
    thread t3(taskC);
    thread t4(taskD);
    thread t5(taskE);
    thread t6(taskF);
    thread t7(taskG);
    thread t8(taskH);
    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    t4.join();
    t5.join();
    t6.join();
    t7.join();
    t8.join();
    return 0;
}

这一现象的核心是操作系统的线程调度机制，结合你的代码特性，具体可以拆解为以下几点：

• 时间片轮转与上下文切换
  操作系统会给每个线程分配极短的执行时间片（通常是几毫秒级别）。当一个线程的时间片耗尽，或者主动进入阻塞状态（比如调用sleep），操作系统会暂停该线程的执行，保存它的上下文（比如寄存器状态、程序计数器等），然后切换到另一个就绪线程，恢复其上下文并让它在CPU上执行。这种切换速度极快，从用户视角看，多个线程就像是在同时运行。

• 你的线程大部分时间处于阻塞状态
  每个任务线程里都有sleep(1)调用，这会让线程主动放弃CPU，进入睡眠阻塞状态，此时操作系统会立刻把CPU资源分配给其他处于就绪状态的线程。你的8个线程大部分时间都在等待sleep结束，CPU可以在它们之间快速切换，所以你会看到8个任务的输出交替出现，看起来像是并行执行。

• 并发 vs 真正并行
  你的4个CPU核心可以真正同时执行4个线程（硬件级并行），但剩下的4个线程是通过操作系统的调度，在核心空闲时（比如其他线程sleep）或者时间片轮转来获得执行时间，整体表现为并发——即多个线程在同一时间段内交替执行，从用户角度感知就是“同时运行”。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Narayan Jee Jha