Java线程原理

线程是比进程轻量级的调度执行单位，线程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（内存地址，文件IO等），又可以独立调度，是CPU调度的基本单位

1. 线程实现的方式

1. 内核线程实现

直接由操作系统内核来支持，内核完成线程切换，操纵调度器对线程进行调度，并负责将线程任务映射到处理器上。这种内核线程可以试之为内核的一个分身，支持多线程的内核被称为多线程内核。一般使用更轻量级的LWP-轻量级进程，即通常意义上的线程，和内核线程是1:1的对应关系。缺点是由于是基于内核线程实现的，操作需要进行系统调用，系统调用代价较高，如需要在用户态和内核态频繁切换；其次是每个轻量级线程对应一个内核线程支持，会消耗内核资源（如栈空间），所以一个系统能支持的LWP是有限的。

2. 用户线程实现

广义上来讲，非内核线程可以称作用户线程，用户线程的建立，同步，销毁，调度都完全在用户态中进行，如果程序得当，不需要切换到内核态，操作可以非常快速和低消耗，也可以支持更大的线程数量。是一种进程和用户线程1:N的一对多模型。缺点是：因为没有内核的支援，线程的创建，切换，调度都需要考虑，以及阻塞，多处理器的线程映射等问题无法容易的解决，用户线程实现的程序一般都比较复杂。⚠️Java 在1.2后放弃了用户线程的程序。

3. 用户线程加轻量级进程的实现

既存在用户线程也存在轻量级进程。用户线程建立在用户空间，创建，切换等操作成本依然较低，并且可以支持大规模的用户线程并发。操作系统提供轻量级进程作为内核线程和用户线程直接的连接，可以使用内核提供的线程调度和处理器映射，用户线程的系统调用通过轻量级线程完成，降低了整个进程被完全阻塞的风险。用户线程和轻量级经常的比例不定：N：M，是一种多对多的线程模型。Unix的Solaris等提供了N：M的实现。

2. Java线程的实现

目前的java线程模型基于操作系统的原生线程模型实现。Windows和Linux都是基于一对一的Java线程映射到一个轻量级进程中。
Solaris平台同时支持多对多的线程模型和一对一的线程模型，可以通过对应的JVM参数指定采用何种线程模型。

3. Java线程调度和状态转换

3.1 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分为协同式调度和抢占式调度，注意区分分配CPU执行时间和线程本身的执行时间。

1. 协同式调度的多线程系统，线程的执行时间有线程本身控制，线程执行完成后，主动通知系统切换到另一个线程上。协同式多线程的优点是实现简单，缺点是线程执行时间不可控制，如果线程出问题，一直没有告知系统进行切换，则会一直阻塞。
2. 抢占式调度的多线程系统，每个线程将由系统来分配执行时间，线程的切换不由线程本身决定（java中Thead.yield()可以让出执行时间，但是获取执行时间，线程本身无法实现）。不会导致一个线程导致整个系统阻塞的问题。⚠️虽然线程调度由系统自动完成，但可以给某些线程多分配执行时间，即可以设置线程的优先级。Java中有10个级别的优先级。（Therad.MAX_PRIORITY），在2个ready的线程中，优先级高的更容易被系统选中执行。注意：但是由于Java的线程是通过映射到系统的原生线程上的，所以最终的调度取决于操作系统，虽然操作系统对线程也有优先级的概念，但是和Java不是一一对应的，solaris有2的32次方优先级，Windows7种。除了不一一对应，还有种情况是优先级可能被改变，如在Windows中有种情况是，通过判断如果线程的执行的繁忙程度高，可以越过优先级来分配执行时间。

3.2 Java线程转换

Java有6（有可能说5种，除了terminated）种线程状态，一个线程有且只有一种状态

1. New-新建：创建后尚未启动
2. Runnable-运行：详细包括操作系统的running和ready，即有可能正在运行或者等待分配CPU执行时间。
3. Waiting-无限期等待：不会被分配CPU执行时间，等待被其他线程唤醒。可以用以下方法达到，没有Timeout的Object.wait() ，没有Timeout的Thread.join，LockSupport.park()可以让线程进入无限期的等待状态。
4. Timed-waiting-限期等待：不会分配CPU执行时间，无须被其他线程显式唤醒，在一定时间后由系统唤醒。以下方法可达到，Thead.sleep()，有Timeout的Object.wai()，有Timeout的Thead.join()，LockSupport.parkNanos()，LockSupport.parkUtil()。
5. Blocked-阻塞：阻塞状态在等待获取到一个排他锁，在另一个线程放弃锁的时候发生，相对的等待状态（waiting）是指等待一段时间或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步块（synchronized）的时候会进入阻塞状态。注意与操作IO等的阻塞区分，虽然相关，但发生的层面不一样

6. Terminated-结束 已经终止的线程状态。

   
   Java线程状态转换和对应方法