JVM相关及其拓展(六) -- Java与线程

Java与线程

线程的实现

线程是比进程更轻量级的调度执行单位，线程的引入可以把一个进程的资源分配和执行调度分开，各个线程间既可以共享进程资源，又可以独立调度(线程是CPU调度的基本单位)。

实现线程主要有三种方式：

• 使用内核线程实现

  直接由操作系统内核支持的线程。

  由内核来完成切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，并负责将线程的任务映射到各个处理器上。

  多线程内核：有能力处理多件事情，支持多线程的内核

  轻量级进程：内核线程的一种高级接口。只有先支持内核线程，才能有轻量级进程

  • 优点：每个轻量级进程都是一个独立的调度单元，即使有一个在系统调用中堵塞了，也不影响整个进程继续工作。
  • 缺点：各种线程操作都需要进行系统调用，代价相对高，需要在用户态和内核态中来回切换。另外轻量级进程的数量是有限的。
  • 轻量级进程与内核线程是1:1的关系

• 使用用户线程实现

  广义：一个线程只要不是内核线程，就可以认为是用户线程

  狭义：完全建立在用户空间的线程库上，而系统内核不能感知线程存在的实现

  • 优点：线程的建立、同步、销毁和调度都在用户态中完成，不需要内核参与，所以操作时非常快速且低消耗，还支持更大的线程数量
  • 缺点：没有系统内核的支持，所有线程操作都需要用户程序自己处理，实现较复杂
  • 进程与用户线程之间是1:N的关系

• 使用用户线程加轻量级进程混合实现

  既存在用户线程，也存在轻量级进程。

  • 优点：用户线程还是在用户空间中，还可以支持大规模的用户线程并发；轻量级进程可以作为内核线程和用户线程之间的桥梁，用户线程的系统调用需要轻量级进程来完成，大大降低了系统被阻塞的危险。
  • 采用多对多的线程模型。

Java线程的实现是不能确定的。由于操作系统支持怎样的线程模型，在很大程度上决定了Java虚拟机的线程是怎样映射的。

线程调度

系统为线程分配处理器使用权的过程。

主要调度方式有两种：

• 协同式线程调度

  线程的执行时间有 线程本身 控制，线程把自己的工作执行完后，要主动通知系统切换到另一个线程上。

  • 优点：实现简单，切换操作可知，基本不存在线程同步问题
  • 缺点：线程执行时间不可控

• 抢占式线程调度

  每个线程由系统分配执行时间，线程的切换不由线程本身决定

  • 线程执行时间是可控的，不存在因为一个线程而堵塞整个系统的问题

  • 可以设置线程优先级，优先级越高的线程越容易被系统选择执行

    线程优先级并不是太靠谱，一方面线程调度还是取决于操作系统，优先级的实现不会太一致。另一方面优先级会被系统自行改变。

线程状态转换

在任意时间点，一个线程有且只有一个状态

• 新建

  线程创建后尚未启动的线程状态

• 运行

  包括正在执行和等待着CPU为它分配执行时间

• 无限期等待

  不会被分配CPU执行时间，要等待被其他线程显示的唤醒。以下方法会让线程陷入无限期的等待状态：

  1. 没有设置Timeout参数的Object,wait()
  2. 没有设置Timeout参数的Thread.join()
  3. LockSupport.park()

• 限期等待

  不会被分配CPU执行时间，但在一定时间后会被系统唤醒。以下方法会让线程进入限期等待状态：

  1. Thread.sleep()
  2. 设置Timeout参数的Object,wait()
  3. 设置Timeout参数的Thread.join()
  4. LockSupport.parkNanos()
  5. LockSupport.parkUntil()

• 阻塞

  线程被阻塞了 在程序等待进入同步区域的时候进入这种状态。

  阻塞状态：等待着获取到一个排他锁，将在另一个线程放弃这个锁的时候发生

  等待状态：在等待一段时间或者唤醒动作的发生

• 结束

  线程已经结束执行