JAVA線程模型

線程的實現(xiàn)主要有3種方式：

• 使用內(nèi)核線程實現(xiàn)（1:1）
• 使用用戶線程實現(xiàn)（1:N）
• 使用用戶線程加輕量級進程實現(xiàn)（N:M）

使用內(nèi)核線程實現(xiàn)（Kernel-Level Thread, KLT）（1:1）

內(nèi)核線程就是直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線程，這種線程由內(nèi)核來完成線程的切換，內(nèi)核通過操作調(diào)度器對線程進行調(diào)度，并負責將線程的任務映射到各個處理器上。

程序一般不會直接去使用內(nèi)核，而是去使用線程的一種高級接口——輕量級進程（Light Weight Process，LWP），輕量級進程就是我們通常意義上的線程，由于每個輕量級進程都是由一個內(nèi)核線程支持的，因此只有先支持內(nèi)核線程，才能有輕量級進程。這種輕量級進程與內(nèi)核線程直接1：1的關(guān)系稱為一對一線程模型。

優(yōu)點：

實現(xiàn)簡單

缺點：

• 線程的各種操作都需要系統(tǒng)調(diào)度，需要在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)中來回切換，系統(tǒng)調(diào)用的代價相對較高；
• 其次，每個輕量級繼承都需要一個內(nèi)核線程來支持，因此輕量級進程要消耗一定的內(nèi)核資源，一個系統(tǒng)支持的輕量級進程數(shù)量有限，如果系統(tǒng)出現(xiàn)大量線程，會對系統(tǒng)性能有影響；
  

使用用戶線程實現(xiàn) （1:N）

廣義上來說，一個線程只要不是內(nèi)核線程，就可以認為是用戶線程（User Thread，UT），從這個角度來看，輕量級進程也就是用戶線程，但是輕量級進程始終是和內(nèi)核線程有關(guān)系的，效率終究會受到限制。

狹義上來說，用戶線程指的是完全建立在用戶空間的線程庫上，系統(tǒng)內(nèi)核不能感知到線程存在的實現(xiàn)。用戶線程的建立、同步、調(diào)度和銷毀完全在用戶態(tài)完成，不需要內(nèi)核的幫助。這種線程不需要切換到內(nèi)核態(tài)，所以可以是非?？焖偾业拖牡?，也可以支持更大規(guī)模的線程數(shù)量。這種進程與用戶線程之間1：N的關(guān)系稱為一對多線程模型。

優(yōu)點：

不需要系統(tǒng)內(nèi)核線程的支持，用戶線程的很多操作對內(nèi)核來說都是透明的，不需要用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的頻繁切換，使線程的創(chuàng)建、調(diào)度、同步等非?？?；

缺點：

• 需要用戶程序自己處理線程的所有操作，JAVA曾經(jīng)使用過用戶線程，最終放棄使用。
• 由于多個用戶線程對應到同一個內(nèi)核線程，如果其中一個用戶線程阻塞，那么該其他用戶線程也無法執(zhí)行；
• 內(nèi)核并不知道用戶態(tài)有哪些線程，無法像內(nèi)核線程一樣實現(xiàn)較完整的調(diào)度、優(yōu)先級等；
  

使用用戶線程加輕量級進程實現(xiàn) N:M）

將內(nèi)核線程與用戶線程一起使用的組合方式，為N：M的關(guān)系，這種就是多對多線程模型。

優(yōu)點：

• 兼具多對一模型的輕量；
• 由于對應了多個內(nèi)核線程，則一個用戶線程阻塞時，其他用戶線程仍然可以執(zhí)行；
• 由于對應了多個內(nèi)核線程，則可以實現(xiàn)較完整的調(diào)度、優(yōu)先級等；
  

缺點：

實現(xiàn)復雜
Go語言中的goroutine調(diào)度器就是采用的這種實現(xiàn)方案

JAVA線程的實現(xiàn)

在JDK1.2之前，JAVA線程是基于稱為“綠色線程（Green Thread）”的用戶線程來實現(xiàn)的，而在JDK1.2中，線程模型替換為基于操作系統(tǒng)原生線程模型來實現(xiàn)的。

在目前的JDK版本中，操作系統(tǒng)支持怎樣的線程模型，很大程度上決定了JAVA虛擬機的線程是怎樣映射的，在不同的平臺上實現(xiàn)可能是不一樣的，線程模型只對線程的并發(fā)規(guī)模和操作成本產(chǎn)生影響，對JAVA程序的編碼和運行過程來說，差異都是透明的。

對于Sun JDK 來說，它的Windows版本和 Linux 版本都是使用的一對一線程模型來實現(xiàn)的，即一條線程就映射到一條輕量級進程中，因為 Windows 系統(tǒng)和 Linux 系統(tǒng)提供的線程模型都是一對一的。

JAVA線程調(diào)度

線程調(diào)度是說系統(tǒng)為線程分配處理器使用權(quán)的過程。主要的調(diào)度方式有兩種：

1.協(xié)同式線程調(diào)度

線程的執(zhí)行時間是由線程本身控制的，線程工作執(zhí)行完成之后，需要主動通知系統(tǒng)切換到另一個線程上。Lua 語言中的“協(xié)同例程”就是這類實現(xiàn)。

好處：實現(xiàn)簡單

缺點：線程執(zhí)行時間不可控，可能會一直阻塞，導致系統(tǒng)崩潰

2.搶占式線程調(diào)度

每個線程由系統(tǒng)來分配執(zhí)行時間，線程的切換不由線程本身來決定（在JAVA中，Thread.yield() 可以主動讓出CPU使用權(quán)，但要獲取，線程本身是沒有任何辦法的）

優(yōu)點：線程的執(zhí)行時間系統(tǒng)可控，不會有一個線程阻塞而導致整個進程阻塞

JAVA 使用的是搶占式調(diào)度方式

JAVA線程狀態(tài)

JAVA 定義了5種線程狀態(tài)，在任意一個時間點上，線程有且只能有一個狀態(tài)；5個狀態(tài)分別如下：

1.新建（New）
創(chuàng)建后尚未啟動的線程所處的狀態(tài)
2.運行（Runable）
Runable 包括了操作系統(tǒng)線程狀態(tài)的Running 和 Ready，也就是處于此狀態(tài)的 JAVA 線程可能正在運行，也有可能正在等待分配CPU時間片
3.無限期等待（Waiting）
處于這種狀態(tài)的線程不會被分配CPU 時間片，需要等待被其他線程顯式地喚醒。
以下方法會讓線程進入到無限期等待：

• 調(diào)用沒有設(shè)置 timeout 參數(shù)的 Object.wait() 方法
• 調(diào)用沒有設(shè)置 timeout 參數(shù)的 Thread.join() 方法
• 調(diào)用LockSuport.park() 方法

4.有限期等待（Timed Waiting）
處于這種狀態(tài)的線程也不會被分配CPU 時間片，但是不需要其他線程顯式地喚醒，而是等待一定時間后會由系統(tǒng)自動喚醒
以下方法會讓線程進入到有限期等待：

• Thread.sleep() 方法
• 調(diào)用設(shè)置了 timeout 參數(shù)的 Object.wait() 方法
• 調(diào)用設(shè)置了 timeout 參數(shù)的 Thread.join() 方法
• 調(diào)用LockSuport.parkNanos(long nanos) 方法
• 調(diào)用LockSuport.parkUntil(long deadline) 方法
  

5.阻塞（Blocked）
線程被阻塞了，“阻塞狀態(tài)”與“等待狀態(tài)”的區(qū)別是: 阻塞狀態(tài)在等待獲取一個排它鎖；等待狀態(tài)則是在等待一段時間，或者喚醒動作的發(fā)生。在使用了 synchronized 等同步語句時會進入這種狀態(tài)。
6.結(jié)束（Terminated）
終止線程的線程狀態(tài)，線程已完成執(zhí)行。

以上就是詳解Java中的線程模型與線程調(diào)度的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Java 線程模型與線程調(diào)度的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評論