詳解Java中的線程模型與線程調度

JAVA線程模型

線程的實現主要有3種方式：

使用內核線程實現（1:1） 使用用戶線程實現（1:N） 使用用戶線程加輕量級進程實現（N:M） 使用內核線程實現（Kernel-Level Thread, KLT）（1:1）

內核線程就是直接由操作系統內核支持的線程，這種線程由內核來完成線程的切換，內核通過操作調度器對線程進行調度，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核線程支持的，因此只有先支持內核線程，才能有輕量級進程。這種輕量級進程與內核線程直接1：1的關系稱為一對一線程模型。

優點：

實現簡單

缺點：

線程的各種操作都需要系統調度，需要在用戶態和內核態中來回切換，系統調用的代價相對較高； 其次，每個輕量級繼承都需要一個內核線程來支持，因此輕量級進程要消耗一定的內核資源，一個系統支持的輕量級進程數量有限，如果系統出現大量線程，會對系統性能有影響； 使用用戶線程實現 （1:N）

廣義上來說，一個線程只要不是內核線程，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核線程有關系的，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，系統內核不能感知到線程存在的實現。用戶線程的建立、同步、調度和銷毀完全在用戶態完成，不需要內核的幫助。這種線程不需要切換到內核態，所以可以是非?？焖偾业拖牡?，也可以支持更大規模的線程數量。這種進程與用戶線程之間1：N的關系稱為一對多線程模型。

優點：

不需要系統內核線程的支持，用戶線程的很多操作對內核來說都是透明的，不需要用戶態和內核態的頻繁切換，使線程的創建、調度、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行； 內核并不知道用戶態有哪些線程，無法像內核線程一樣實現較完整的調度、優先級等； 使用用戶線程加輕量級進程實現 N:M）

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

優點：

兼具多對一模型的輕量； 由于對應了多個內核線程，則一個用戶線程阻塞時，其他用戶線程仍然可以執行； 由于對應了多個內核線程，則可以實現較完整的調度、優先級等；

缺點：

實現復雜Go語言中的goroutine調度器就是采用的這種實現方案

JAVA線程的實現

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

在目前的JDK版本中，操作系統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可能是不一樣的，線程模型只對線程的并發規模和操作成本產生影響，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的，即一條線程就映射到一條輕量級進程中，因為 Windows 系統和 Linux 系統提供的線程模型都是一對一的。

JAVA線程調度

線程調度是說系統為線程分配處理器使用權的過程。主要的調度方式有兩種：

1.協同式線程調度

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

好處：實現簡單

缺點：線程執行時間不可控，可能會一直阻塞，導致系統崩潰

2.搶占式線程調度

每個線程由系統來分配執行時間，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，但要獲取，線程本身是沒有任何辦法的）

優點：線程的執行時間系統可控，不會有一個線程阻塞而導致整個進程阻塞

JAVA 使用的是搶占式調度方式

JAVA線程狀態

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

1.新建（New）創建后尚未啟動的線程所處的狀態2.運行（Runable）Runable 包括了操作系統線程狀態的Running 和 Ready，也就是處于此狀態的 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：

調用沒有設置 timeout 參數的 Object.wait() 方法 調用沒有設置 timeout 參數的 Thread.join() 方法 調用LockSuport.park() 方法

4.有限期等待（Timed Waiting）處于這種狀態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 調用設置了 timeout 參數的 Object.wait() 方法 調用設置了 timeout 參數的 Thread.join() 方法 調用LockSuport.parkNanos(long nanos) 方法 調用LockSuport.parkUntil(long deadline) 方法

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

以上就是詳解Java中的線程模型與線程調度的詳細內容，更多關于Java 線程模型與線程調度的資料請關注好吧啦網其它相關文章！