java 多线程—线程怎么来的?

并发处理的普遍应用是使得amdahl定律代替摩尔定律成为计算机性能发展源动力的根本缘由，是人类压榨计算机运算能力的最有力武器。

并发并不是必定得用多线程，多进程也能够，不过java里面谈论并发，大多数与线程脱不开关系。所以咱们从线程提及。本文主要包含如下内容:

线程的实现

线程的调度

线程状态切换

 

线程的实现

线程是比进程更轻量级的调度执行单位，在linux里面，线程和进程没有什么区别，惟一的就是在地址空间，线程的切换虚拟内存空间依然是相同的，可是进程切换是不一样的。

目前主流的操做系统都提供的线程实现，java则提供的线程实现方法都是native的，由于不一样的硬件和操做系统提供线程调度方式并不尽相同，因此java没用采用和平台无关的统一手段来实现。

实现线程的主要3种方式:使用内核线程实现，使用用户线程实现，使用用户线程加轻量级进程混合实现。

 

内核线程实现

内核线程（KLT）就是直接由操做系统内核支持的线程，这种线程由内核来完成线程切换。

程序通常不会直接使用内核线程，而是去使用内核线程的一种高级接口—轻量级进程（LWP），轻量级进程就是咱们所讲的线程，这种轻量级进程与内核线程之间1：1的对应关系。

 

优势：

内核直接支持，由操做系统内核建立和撤销。内核维护进程及线程的上下文信息以及线程切换。一个内核线程因为I/O操做而阻塞，不会影响其它线程的运行。

缺点:

 一、线程的操做、建立、同步等都须要系统调用，而系统调用代价比较高，须要在用户态和内核态中来回切换。

二、每一个轻量级的进程都须要一个内核线程来支持，须要消耗必定的内核资源。

 

用户线程实现

用户线程指不须要内核支持而在用户程序中实现的线程，其不依赖于操做系统核心，应用进程利用线程库提供建立、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。

不须要用户态/核心态切换，速度快，操做系统内核不知道多线程的存在，所以一个线程阻塞将使得整个进程（包括它的全部线程）阻塞。使用用户线程实现的程序通常都比较复杂，java曾经用过，不过最后仍是放弃了。

优势:

切换由用户态程序本身控制内核切换,不须要内核干涉，少了进出内核态的消耗。

缺点:

多核处理器很难讲线程映射到其余处理器上，单线程阻塞会形成该进程阻塞。

 

 

用户线程加轻量级进程混合实现

这种混合模式下，既存在用户线程，也存在轻量级进程。用户线程仍是彻底创建在用户空间中，所以用户线程的建立、切换、析构等依然廉价，能够支持大规模的用户线程并发。

操做系统提供支持的轻量进程做为用户线程和内核线程之间的桥梁，用户线程的系统调用要经过轻量级线程来完成，大大下降了进程阻塞的风险。用户线程和轻量级进程比是N:M多对对的关系。

java在jdk 1.2以前基于用户线程实现，在1.2以后，基于操做系统的原生线程模型来实现，在每一个平台上都不尽相同，好比在windows和linux下都是采用一对一的线程模型实现，在Solaris平台，采用都是一对一或者多对多来实现（solaris 同时支持一对一和多对多）。

 

线程调度

线程调度主要是指系统为线程分配处理器使用权的过程，主要分为：协同式线程调度和抢占式线程调度。

 

协同式调度

协同式调度中线程的执行时间由线程自己来控制，线程把本身的工做执行完成之后，主动通知系统切换到另外一个线程上。像lua的“协同历程”就是如此实现的。

优势:

实现简单，线程把本身的事情干完后进行线程切换，切换操做对线程本身是可知的。无同步问题

 

缺点:

线程执行时间不可控制，若是某个线程出现问题阻塞，会形成程序阻塞。

 

 

抢占式线程调度

抢占式线程调度中每一个线程由系统来分配执行时间，线程的切换不禁线程自己来决定。

优势:

线程的执行时间系统可控，不会出现单个线程阻塞形成整个进程阻塞。

 

java就是采用抢占式线程调度，另外，java还能够经过给线程设置优先级来建议系统给某些线程多分配一点时间，不过不是很靠谱，线程的调度最终仍是取决的操做系统。

 

状态转换

 

java定义了5中线程状态，任意一个时间点，一个线程有且只有其中一个状态。切换以下图:

(图片来之:https://my.oschina.net/mingdongcheng/blog/139263)

 

经过上面咱们知道，java的线程是映射到操做系统的内核线程之上的，若是阻塞或者唤醒一个线程，都是须要操做系统来帮忙完成，这就须要从用户态转换到核心态中，因策状态转换这一步会耗费不少的处理器时间，须要谨慎使用，具体如何谨慎使用，是否有优化的余地，咱们下篇再讲解。

下一篇咱们聊聊线程的内存模型。

 

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