深入理解Java虚拟机-12.4 Java与线程- 高飞网

12.4 Java与线程

2017-02-21 23:45:24.0

12.4.1 线程的实现

    线程是比进程更轻量级的调试执行单位,线程的引入,可以把一个进程的资源分配和执行调用分开,各个线程既可以共享进程资源(内存地址,文件I/O等),又可以独立调用(线程是CPU调试的最基本单位)。实现线程主要有三种方式:内核线程、用户线程、用户线程加轻量级进程混合实现。

1. 内核线程实现

    这种线程由内核来完成线程切换,内核通过操纵调度器对线程进行调度,并负责将线程的任务映射到各个处理器上。程序一般不会直接使用内核线程,而是使用内核线程的一种高级接口——轻量级进程——即我们通常意义上讲的线程。

    优点: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,也不会影响进程继续工作。
    缺点:1)由于基于内核线程实现的,所以各种进程操作都需要进行系统调用,而系统调用的代价相对较高,需要在用户态和内核态中来回切换。2)每个轻量级进程都需要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. 用户线程实现

    完全建立在用户空间线的线程库上,系统内核不能感知到线程的存在。

    优点:用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成,不需要内核帮助,操作非常快速且低耗。也可以支持规模更大的线程数量。
    缺点:1)没有内核的支援,所有线程操作都需要用户程序自己处理。程序非常复杂。

3. 混合实现

    将内核线程与用户线程一起使用有的实现方式。既存在用户线程也存在轻量级进程。用户线程完全建立在用户空间,操作系统提供支持的轻量级进程作为用户线程和内核线程之间的桥梁,这样可以使用内核提供的线程调度功能及处理器映射,并且用户线程的系统调用要通过轻量级进程来完成。

    优点:用户线程操作容易,可支持大规模的用户线程并发;降低了进程被阻塞的风险。

4. Java线程的实现

    Java线程在JDK1.2之前使用基于名为“绿色线程”的用户线程实现;1.2及以后,替换为基于操作系统原生模型来实现。

12.4.2 Java线程调度

    线程调度是指系统为线程分配处理器使用权的过程,主要调度方式为两种:协同式(Cooperative Threads-Scheduling)线程和抢占式(Preemptive Threads-Scheduling)线程调度。

    协同式:线程的执行时间由线程自己来控制,完成之后主动通知系统切换到另外一个线程上去。
    优点:简单,没有线程同步问题。
    缺点:如果有执行时间无限长的线程,将导致系统崩溃。

    抢占式:每个线程由系统来分配执行时间,线程的切换不由线程自己决定 。
    优点:不会因为一个线程导致整个进程的阻塞。

    Java属于后者,虽然执行时间不由线程自己控制,但可以通过优先级来“建议”系统给某些线程多分配一点执行时间。Java提供了10个线程优化级,但某些操作系统,如Windows只有7种,因此java的线程优先级与系统的就不一一对应了,这会导致至少有几个优先级对映到系统是相同的,从而导致优先级不靠谱。当然除了这个原因,优先级并不是系统考虑分配时间的唯一因此,也会导致优先级的不准确。


12.4.3 状态转换

    Java语言定义了5种线程状态,在任意一个时间点,一个线程只能有且只有其中的一种状态,分别是:

  1. 新建(New):创建后沿未启动的线程
  2. 运行(Runnable):Runnable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready,也就是处理此状态的线程可能正在执行,也可能正等着CPU为它分配执行时间。
  3. 无限等待(Waiting):这种状态下线程不会被分配CPU时间,要等待其他线程显式地唤醒。以下方法会让线程陷入无限等待状态:
    □ 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
  4. 限期等待(Timed Waiting):这种状态下线程也不会被分配CPU执行时间,不过无须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无限期等待:
    □ Thead.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
  5. 阻塞(Blocked):进程被阻塞了,“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。
  6. 结束(Terminated):已终止的线程状态,线程已经结束执行。