但是這種線程也有很多的缺點

• 與內(nèi)核協(xié)作成本高：比如這種線程完全是用戶空間程序在管理，當它進行 I/O 的時候，無法利用到內(nèi)核的優(yōu)勢，需要頻繁進行用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。
• 線程間協(xié)作成本高：設(shè)想兩個線程需要通信，通信需要 I/O，I/O 需要系統(tǒng)調(diào)用，因此用戶態(tài)線程需要支付額外的系統(tǒng)調(diào)用成本。
• 無法利用多核優(yōu)勢：比如操作系統(tǒng)調(diào)度的仍然是這個線程所屬的進程，所以無論每次一個進程有多少用戶態(tài)的線程，都只能并發(fā)執(zhí)行一個線程，因此一個進程的多個線程無法利用多核的優(yōu)勢。
• 操作系統(tǒng)無法針對線程調(diào)度進行優(yōu)化：當一個進程的一個用戶態(tài)線程阻塞（Block）了，操作系統(tǒng)無法及時發(fā)現(xiàn)和處理阻塞問題，它不會更換執(zhí)行其他線程，從而造成資源浪費。

3.內(nèi)核態(tài)線程

內(nèi)核態(tài)線程也稱作內(nèi)核級線程（Kernel Level Thread）。這種線程執(zhí)行在內(nèi)核態(tài)，可以通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)造一個內(nèi)核級線程。 內(nèi)核級線程有很多優(yōu)勢。

• 可以利用多核 CPU 優(yōu)勢：內(nèi)核擁有較高權(quán)限，因此可以在多個 CPU 核心上執(zhí)行內(nèi)核線程。
• 操作系統(tǒng)級優(yōu)化：內(nèi)核中的線程操作 I/O 不需要進行系統(tǒng)調(diào)用；一個內(nèi)核線程阻塞了，可以立即讓另一個執(zhí)行。

當然內(nèi)核線程也有一些缺點。

• 創(chuàng)建成本高：創(chuàng)建的時候需要系統(tǒng)調(diào)用，也就是切換到內(nèi)核態(tài)。
• 擴展性差：由一個內(nèi)核程序管理，不可能數(shù)量太多。
• 切換成本較高：切換的時候，也同樣存在需要內(nèi)核操作，需要切換內(nèi)核態(tài)。

五.用戶態(tài)線程和內(nèi)核態(tài)線程之間的映射關(guān)系

線程簡單理解，就是要執(zhí)行一段程序。程序不會自發(fā)的執(zhí)行，需要操作系統(tǒng)進行調(diào)度。我們思考這樣一個問題，如果有一個用戶態(tài)的進程，它下面有多個線程。如果這個進程想要執(zhí)行下面的某一個線程，應(yīng)該如何做呢？

這時，比較常見的一種方式，就是將需要執(zhí)行的程序，讓一個內(nèi)核線程去執(zhí)行。畢竟，內(nèi)核線程是真正的線程。因為它會分配到 CPU 的執(zhí)行資源。

如果一個進程所有的線程都要自己調(diào)度，相當于在進程的主線程中實現(xiàn)分時算法調(diào)度每一個線程，也就是所有線程都用操作系統(tǒng)分配給主線程的時間片段執(zhí)行。這種做法，相當于操作系統(tǒng)調(diào)度進程的主線程；進程的主線程進行二級調(diào)度，調(diào)度自己內(nèi)部的線程。 這樣操作劣勢非常明顯，比如無法利用多核優(yōu)勢，每個線程調(diào)度分配到的時間較少，而且這種線程在阻塞場景下會直接交出整個進程的執(zhí)行權(quán)限。 由此可見，用戶態(tài)線程創(chuàng)建成本低，問題明顯，不可以利用多核。內(nèi)核態(tài)線程，創(chuàng)建成本高，可以利用多核，切換速度慢。因此通常我們會在內(nèi)核中預(yù)先創(chuàng)建一些線程，并反復(fù)利用這些線程。這樣，用戶態(tài)線程和內(nèi)核態(tài)線程之間就構(gòu)成了下面 4 種可能的關(guān)系：

1.多對一（Many to One）

用戶態(tài)進程中的多線程復(fù)用一個內(nèi)核態(tài)線程。這樣，極大地減少了創(chuàng)建內(nèi)核態(tài)線程的成本，但是線程不可以并發(fā)。因此，這種模型現(xiàn)在基本上用的很少。我再多說一句，這里你可能會有疑問，比如：用戶態(tài)線程怎么用內(nèi)核態(tài)線程執(zhí)行程序？ 程序是存儲在內(nèi)存中的指令，用戶態(tài)線程是可以準備好程序讓內(nèi)核態(tài)線程執(zhí)行的。后面的幾種方式也是利用這樣的方法。

2.一對一（One to One）

該模型為每個用戶態(tài)的線程分配一個單獨的內(nèi)核態(tài)線程，在這種情況下，每個用戶態(tài)都需要通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個綁定的內(nèi)核線程，并附加在上面執(zhí)行。 這種模型允許所有線程并發(fā)執(zhí)行，能夠充分利用多核優(yōu)勢，Windows NT 內(nèi)核采取的就是這種模型。但是因為線程較多，對內(nèi)核調(diào)度的壓力會明顯增加。

3.多對多（Many to Many）

這種模式下會為 n 個用戶態(tài)線程分配 m 個內(nèi)核態(tài)線程。m 通?？梢孕∮?n。一種可行的策略是將 m 設(shè)置為核數(shù)。這種多對多的關(guān)系，減少了內(nèi)核線程，同時也保證了多核心并發(fā)。Linux 目前采用的就是該模型。

4.兩層設(shè)計（Two Level）

這種模型混合了多對多和一對一的特點。多數(shù)用戶態(tài)線程和內(nèi)核線程是 n 對 m 的關(guān)系，少量用戶線程可以指定成 1 對 1 的關(guān)系。

上圖所展現(xiàn)的是一個非常經(jīng)典的設(shè)計。

六.總結(jié)

我們這節(jié)課講解的問題、考慮到的情況以及解決方法，將為你今后解決實際工作場景中的問題打下堅實的基礎(chǔ)。比如處理并發(fā)問題、I/O 性能瓶頸、思考數(shù)據(jù)庫連接池的配置等，要想完美地解決問題，就必須掌握這些模型，了解問題的本質(zhì)上才能更好地思考問題衍生出來的問題。

這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)，然后我們簡單學(xué)習(xí)了進程和線程的基礎(chǔ)知識。 最后，我們還討論了用戶線程和內(nèi)核線程的映射關(guān)系，這是一種非常經(jīng)典的設(shè)計和思考方式。關(guān)于這個場景我們討論了 1 對 1、1 對多以及多對 1，兩層模型 4 種方法。日后你在處理線程池對接；遠程 RPC調(diào)用；消息隊列時，還會反復(fù)用到今天的方法。 那么通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你現(xiàn)在是否可以來回答本節(jié)關(guān)聯(lián)的面試題目？用戶態(tài)線程和內(nèi)核態(tài)線程的區(qū)別？老規(guī)矩，請你先在腦海里構(gòu)思下給面試官的表述，并把你的思考寫在留言區(qū)，然后再來看我接下來的分析。 【解析】 用戶態(tài)線程工作在用戶空間，內(nèi)核態(tài)線程工作在內(nèi)核空間。用戶態(tài)線程調(diào)度完全由進程負責(zé)，通常就是由進程的主線程負責(zé)。相當于進程主線程的延展，使用的是操作系統(tǒng)分配給進程主線程的時間片段。內(nèi)核線程由內(nèi)核維護，由操作系統(tǒng)調(diào)度。 用戶態(tài)線程無法跨核心，一個進程的多個用戶態(tài)線程不能并發(fā)，阻塞一個用戶態(tài)線程會導(dǎo)致進程的主線程阻塞，直接交出執(zhí)行權(quán)限。這些都是用戶態(tài)線程的劣勢。內(nèi)核線程可以獨立執(zhí)行，操作系統(tǒng)會分配時間片段。因此內(nèi)核態(tài)線程更完整，也稱作輕量級進程。內(nèi)核態(tài)線程創(chuàng)建成本高，切換成本高，創(chuàng)建太多還會給調(diào)度算法增加壓力，因此不會太多。 實際操作中，往往結(jié)合兩者優(yōu)勢，將用戶態(tài)線程附著在內(nèi)核態(tài)線程中執(zhí)行。

七.思考題

最后我再給你出一道需要查資料的思考題：JVM 的線程是用戶態(tài)線程還是內(nèi)核態(tài)線程？

到此這篇關(guān)于用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)-用戶線程和內(nèi)核態(tài)線程的區(qū)別的文章就介紹到這了,更多相關(guān)用戶線程和內(nèi)核態(tài)線程區(qū)別內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！