[jvm]基于jvm的线程实现

一、线程的实现

学过操作系统的肯定都知道：

• 进程：是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，是一个动态概念，竞争计算机系统资源的基本单位。
• 线程：是进程的一个执行单元，是进程内可调度实体。比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程。

　　线程是比进程更轻量级的调度执行单元，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调度的基本单元）

线程的实现有3中方式：

1. 使用内核线程实现
   
   　　由于内核线程的支持，每个轻量级进程都成为一个独立的调度单元，即使有一个轻量级进程在系统调用中阻塞了，也不会影响整个进程继续工作。
   缺点：

   • 由于是基于内核线程实现的，所以各种线程操作，如创建、析构及同步，都需要进行系统调用。而系统调用的代价相对较高，需要在用户态（User Mode）和内核态（KernelMode）中来回切换。
   • 其次，每个轻量级进程都需要有一个内核线程的支持，因此轻量级进程要消耗一定的内核资源（如内核线程的栈空间），因此一个系统支持轻量级进程的数量是有限的。

2. 使用用户线程实现
   
   　　用户线程指的是完全建立在用户空间的线程库上，系统内核不能感知线程存在的实现。用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成，不需要内核的帮助。如果程序实现得当，这种线程不需要切换到内核态，因此操作可以是非常快速且低消耗的，也可以支持规模更大的线程数量，部分高性能数据库中的多线程就是由用户线程实现的。
   成也风云，败也风云，用户线程无需内核，但是少了内核，缺点如下：

   1. 没有了系统内核的支持，用户线程的创建、切换，调度、阻塞、多处理器任务分配等将很难实现甚至不可能实现。因此线程已经用的很少了。

3. 使用用户线程加轻量级进程混合实现
   
   对以上两种不同的实现方式取长补短，既能实现用户线程的低开销，又能实现内核线程的内核调度。同时适用于多处理器。

二、java中线程的实现

　　上面所讲的都是基于操作的线程实现，不同的操作系统中对于线程的实现细节可能会有细微的差别，但是我们都知道java的一大特性就是“write once，run anywhere”，那么在jvm中是怎么实现的呢？

• • Java线程在JDK 1.2之前，是基于称为“绿色线程”（Green Threads）的用户线程实现的。
  • 在JDK 1.2中，线程模型替换为基于操作系统原生线程模型来实现。因此，在目前的JDK版本中，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，这点在不同的平台上没有办法达成一致。
  • 线程模型只对线程的并发规模和操作成本产生影响，对Java程序的编码和运行过程来说，这些差异都是透明的。

三、java中线程的调度

　　线程调度是指系统为线程分配处理器使用的过程，主要有两种调度方式：

1. 协同式调度
2. 抢占式调度

• • 协同式调度：线程的执行时间由线程本身决定，线程把自己的工作执行完成后，要主动通知系统交还处理器使用权，再切换到其他的线程。优点：实现简单，而且切换操作对于线程本身是可知的所以不存在线程同步的问题。缺点： 容易死机，系统崩溃。如果其中一个线程作怪，整个系统挂掉。
  • 抢占式调度：每个线程的处理器使用权的时间由系统分配，线程的切换不由本身控制，但是在有用处理器使用权利的时候，可以主动让出(在Java中，Thread.yield()可以让出执行时间，但是要获取执行时间的话，线程本身是没有什么办法的)。这样就算一个一个线程作怪，其他的线程也还是有机会执行的。如果我们希望某个线程可以多执行一下，可以人为的调高自身的线程优先级，不过，线程优先级并不是太靠谱，原因是Java的线程是通过映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程调度最终还是取决于操作系统，虽然现在很多操作系统都提供线程优先级的概念，但是并不见得能与Java线程的优先级一一对应。

四、java线程的状态

1. 新建（New）：创建后尚未启动的线程处于这种状态。

2. 运行（Runable）：Runable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready，也就是处于此状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待着CPU为它分配执行时间。

3. 无限期等待（Waiting）：处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被其他线程显式地唤醒。以下方法会让线程陷入无限期的等待状态：

   • 没有设置Timeout参数的Object.wait（）方法。
   • 没有设置Timeout参数的Thread.join（）方法。
   • LockSupport.park（）方法。

   限期等待（Timed Waiting）：处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间，不过无须等待被其他线程显式地唤醒，在一定时间之后它们会由系统自动唤醒。以下方法会让线程进入限期等待状态：

   • Thread.sleep（）方法。
   • 设置了Timeout参数的Object.wait（）方法。
   • 设置了Timeout参数的Thread.join（）方法。
   • LockSupport.parkNanos（）方法。
   • LockSupport.parkUntil（）方法。

4. 阻塞（Blocked）：线程被阻塞了，“阻塞状态”与“等待状态”的区别是：“阻塞状态”在等待着获取到一个排他锁，这个事件将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生；而“等待状态”则是在等待一段时间，或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态。

5. 结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。