JVM之线程模型

Java线程模型

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​ 并发不一定都要用到线程，比如PHP中用到的是多进程。但是在Java中并发基本上都是使用线程来实现的。我们先来看看线程在Java虚拟机中是如何实现的。

线程的实现

​ 主流的操作系统都提供了线程的实现，Java线程则提供了在不同硬件和操作系统下对线程的统一处理。每个已经start且并未结束的Thread类的实例对象都是一个线程。

​ 我们查看Thread的JDK源码，发现所有的方法都被native修饰。也就是说，Thread是使用平台相关的手段来实现的。在不同的操作系统或者硬件平台都有不同的实现。因此，标题为线程的实现，而不是Java线程的实现

​ 实现线程主要有三种方式

• 内核线程 （1:1线程模型）
• 用户线程 （1:N 线程模型）
• 用户线程 + 轻量级进程 混合 （N:M 线程模型）

1. 内核线程的实现

   ​ 内核线程(Kernel-Level Thread，KLT)是由操作系统内核直接支持的线程 。这种线程由内核来完成线程切换。内核通过操纵调度器对内核线程进行控制，并负责将线程的任务映射到各个处理器。

   ​ 程序一般不会直接使用内核线程，而是使用它的高级接口：轻量级进程（LWP）。轻量级进程就是我们通常意义上讲的线程。每个轻量级进程都由一个内核线程支持。因此这种方式称为1:1的线程模型

   

   ​ 由于内核线程的支持，每个轻量级进程都是一个独立的调度单元。由于是基于系统内核实现的，所以此种方式在对线程进行创建，同步等操作的时候都需要系统内核调用。需要在用户态和系统内核态之间频繁切换，影响性能。

2. 用户线程的实现

   ​ 用户线程指完全建立在用户态的线程库中，用户线程的创建，同步，销毁，调度等操作完全在用户态中完成，不需要在频繁切换内核态。因此速度很快。很多高性能的数据库中的多线程就是用的用户线程。

   ​ 由于是一个进程对应多个用户线程，因此，线程模型是1:N的

   

   缺点：

   • 由于所有的线程操作都需要由用户处理，所以线程的创建，销毁，切换，调度都是用户需要考虑的问题。
   • 由于操作系统只将处理器的资源分配到进程程度，所以阻塞如何处理,多处理器如今分配资源等问题都需要由用户解决。

   Java，Ruby等语言都使用过用户线程，但是最终都放弃了。

3. 用户线程 + 轻量级进程 混合实现

   ​ 在这种情况下，既存在用户线程，又存在轻量级进程，用户线程的建立还是在用户态中，因此不需要频繁切换内核态，保证了速度的高效。轻量级进程为用户线程和内核线程的桥梁。这样可以使用内核提供的线程调度功能处理用户线程中存在的问题。用户线程和轻量级进程的比例是不确定的。因此是N:M的线程模型

   

Java线程的实现

​ Java规范中并没有具体要求使用哪种方式来实现

​ 在JDK1.2之前，使用一种绿色线程的用户线程来实现的。

​ JDK1.3之后，普遍采用内核线程来实现，也就是1:1的线程模型。

​ 以市场占有率最大的HotSpot虚拟机来举例，它的每一个线程都是直接映射到操作系统的原生线程来实现的。中间没有额外的结构，所有的线程调度都是由操作系统完成的，虚拟机全权交给操作系统处理。

​ 操作系统支持什么样的线程模型，很大程度上会影响在此系统上的虚拟机的选择。所以在JVM规范中，不会限定使用哪种线程模型。由于Thread类对底层的规范统一，对于上层的Java应用来说，底层的差异都是透明的。只要面向Thread类进行编程就好了。

​ 这也间接的符合了设计原则中的依赖倒置原则。

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