摘要: 并發(fā)處理的廣泛應(yīng)用是使得amdahl定律代替摩爾定律成為計(jì)算機(jī)性能發(fā)展源動(dòng)力的根本原因，是人類壓榨計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的最有力武器。

并發(fā)處理的廣泛應(yīng)用是使得amdahl定律代替摩爾定律成為計(jì)算機(jī)性能發(fā)展源動(dòng)力的根本原因，是人類壓榨計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的最有力武器。

并發(fā)并非一定得用多線程，多進(jìn)程也可以，不過java里面談?wù)摬l(fā)，大多數(shù)與線程脫不開關(guān)系。因此我們從線程說起。本文主要包含以下內(nèi)容:

線程的實(shí)現(xiàn)

線程的調(diào)度

線程狀態(tài)切換

線程是比進(jìn)程更輕量級(jí)的調(diào)度執(zhí)行單位，在linux里面，線程和進(jìn)程沒有什么區(qū)別，唯一的就是在地址空間，線程的切換虛擬內(nèi)存空間依然是相同的，但是進(jìn)程切換是不同的。

目前主流的操作系統(tǒng)都提供的線程實(shí)現(xiàn)，java則提供的線程實(shí)現(xiàn)方法都是native的，因?yàn)椴煌挠布筒僮飨到y(tǒng)提供線程調(diào)度方式并不盡相同，所以java沒用采用和平臺(tái)無關(guān)的統(tǒng)一手段來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)線程的主要3種方式:使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)，使用用戶線程實(shí)現(xiàn)，使用用戶線程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)核線程（KLT）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)核來完成線程切換。

程序一般不會(huì)直接使用內(nèi)核線程，而是去使用內(nèi)核線程的一種高級(jí)接口—輕量級(jí)進(jìn)程（LWP），輕量級(jí)進(jìn)程就是我們所講的線程，這種輕量級(jí)進(jìn)程與內(nèi)核線程之間1：1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：

內(nèi)核直接支持，由操作系統(tǒng)內(nèi)核創(chuàng)建和撤銷。內(nèi)核維護(hù)進(jìn)程及線程的上下文信息以及線程切換。一個(gè)內(nèi)核線程由于I/O操作而阻塞，不會(huì)影響其它線程的運(yùn)行。

缺點(diǎn):

 1、線程的操作、創(chuàng)建、同步等都需要系統(tǒng)調(diào)用，而系統(tǒng)調(diào)用代價(jià)比較高，需要在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)中來回切換。

2、每個(gè)輕量級(jí)的進(jìn)程都需要一個(gè)內(nèi)核線程來支持，需要消耗一定的內(nèi)核資源。

用戶線程指不需要內(nèi)核支持而在用戶程序中實(shí)現(xiàn)的線程，其不依賴于操作系統(tǒng)核心，應(yīng)用進(jìn)程利用線程庫提供創(chuàng)建、同步、調(diào)度和管理線程的函數(shù)來控制用戶線程。

不需要用戶態(tài)/核心態(tài)切換，速度快，操作系統(tǒng)內(nèi)核不知道多線程的存在，因此一個(gè)線程阻塞將使得整個(gè)進(jìn)程（包括它的所有線程）阻塞。使用用戶線程實(shí)現(xiàn)的程序一般都比較復(fù)雜，java曾經(jīng)用過，不過最后還是放棄了。

優(yōu)點(diǎn):

切換由用戶態(tài)程序自己控制內(nèi)核切換,不需要內(nèi)核干涉，少了進(jìn)出內(nèi)核態(tài)的消耗。

缺點(diǎn):

多核處理器很難講線程映射到其他處理器上，單線程阻塞會(huì)造成該進(jìn)程阻塞。

這種混合模式下，既存在用戶線程，也存在輕量級(jí)進(jìn)程。用戶線程還是完全建立在用戶空間中，因此用戶線程的創(chuàng)建、切換、析構(gòu)等依然廉價(jià)，可以支持大規(guī)模的用戶線程并發(fā)。

操作系統(tǒng)提供支持的輕量進(jìn)程作為用戶線程和內(nèi)核線程之間的橋梁，用戶線程的系統(tǒng)調(diào)用要通過輕量級(jí)線程來完成，大大降低了進(jìn)程阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。用戶線程和輕量級(jí)進(jìn)程比是N:M多對(duì)對(duì)的關(guān)系。

java在jdk 1.2之前基于用戶線程實(shí)現(xiàn)，在1.2之后，基于操作系統(tǒng)的原生線程模型來實(shí)現(xiàn)，在每個(gè)平臺(tái)上都不盡相同，比如在windows和linux下都是采用一對(duì)一的線程模型實(shí)現(xiàn)，在Solaris平臺(tái)，采用都是一對(duì)一或者多對(duì)多來實(shí)現(xiàn)（solaris 同時(shí)支持一對(duì)一和多對(duì)多）。

線程調(diào)度主要是指系統(tǒng)為線程分配處理器使用權(quán)的過程，主要分為：協(xié)同式線程調(diào)度和搶占式線程調(diào)度。

協(xié)同式調(diào)度中線程的執(zhí)行時(shí)間由線程本身來控制，線程把自己的工作執(zhí)行完成以后，主動(dòng)通知系統(tǒng)切換到另一個(gè)線程上。像lua的“協(xié)同歷程”就是如此實(shí)現(xiàn)的。

優(yōu)點(diǎn):

實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，線程把自己的事情干完后進(jìn)行線程切換，切換操作對(duì)線程自己是可知的。無同步問題

缺點(diǎn):

線程執(zhí)行時(shí)間不可控制，如果某個(gè)線程出現(xiàn)問題阻塞，會(huì)造成程序阻塞。

搶占式線程調(diào)度中每個(gè)線程由系統(tǒng)來分配執(zhí)行時(shí)間，線程的切換不由線程本身來決定。

優(yōu)點(diǎn):

線程的執(zhí)行時(shí)間系統(tǒng)可控，不會(huì)出現(xiàn)單個(gè)線程阻塞造成整個(gè)進(jìn)程阻塞。

java就是采用搶占式線程調(diào)度，另外，java還可以通過給線程設(shè)置優(yōu)先級(jí)來建議系統(tǒng)給某些線程多分配一點(diǎn)時(shí)間，不過不是很靠譜，線程的調(diào)度最終還是取決的操作系統(tǒng)。

java定義了5中線程狀態(tài)，任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)線程有且只有其中一個(gè)狀態(tài)。切換如下圖:

(圖片來之:https://my.oschina.net/mingdongcheng/blog/139263)

通過上面我們知道，java的線程是映射到操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程之上的，如果阻塞或者喚醒一個(gè)線程，都是需要操作系統(tǒng)來幫忙完成，這就需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài)中，因策狀態(tài)轉(zhuǎn)換這一步會(huì)耗費(fèi)很多的處理器時(shí)間，需要謹(jǐn)慎使用，具體如何謹(jǐn)慎使用，是否有優(yōu)化的余地，我們下篇再講解。

更多亂彈請(qǐng)前往公眾號(hào)菜單欄“讀我”->“每日亂彈”查看。