• 三种线程模型
  • 一对一模型
    • 一对一线程特性
    • 一对一线程优点
    • 一对一线程缺点
    • 一对一线程创建方式
  • 一对多模型
    • 一对多模型特性
    • 一对多模型缺点
    • 一对多模型优点
  • 多对多模型
    • 多对多模型的特性
  • 扩展一下基础
    • 什么是内核态和用户态
      • 内核态
      • 用户态
    • 为什么要有内核态和用户态
  • 总结

三种线程模型

线程的并发是由多处理器或者操作系统的调度来实现的。但实际情况要更为复杂一些，大多数操作系统，包括 Windows 和 Linux，都在内核里提供线程的支持，内核线程由多个处理器或者调度来实现并发。然而用户实际使用的线程并不是内核线程，而是存在于用户态的用户线程。用户态线程并不一定在操作系统内核里对应同等数量的内核线程，例如某些轻量级的线程库，对用户来说如果有三个线程同时执行，对内核来说很可能只有一个线程。

一对一模型

一对一线程特性

对于直接支持线程的系统，一对一模型始终是最为简单的模型。对一对一模型来说，一个用户使用的线程就唯一对应内核使用的线程（但反过来不一定，一个内核里的线程在用户态不一定有对应的线程存在）

一对一线程优点

这样用户线程就具有了和内核线程一致的有点，线程之间的并发是真正的并发，一个线程因为某原因阻塞是，其他线程执行不会受到影响。此外，一对一模型也可以让多相处程序在多处理器的系统上有更好的表现。

一对一线程缺点

1. 由于许多操作系统限制了内核线程的数量，因此一对一线程会让用户的线程数量收到限制。
2. 许多操作系统的内核线程调度室，上下文切换的开销比较大，导致用户线程的执行效率下降。

一对一线程创建方式

一般来说直接使用 API 或系统调用创建的线程均为一对一的线程。例如在Linux 里使用 clone 产生的线程就是一个一对一线程，因为此时在内核有一个唯一的线程与之对应。在Windows 里，使用API CreateThead 即可创建一个一对一的线程。

一对多模型

一对多模型特性

多对一模型将多个用户线程映射到一个内核线程上，线程之间的借还由用户态的代码来进行，因此相对于一对一模型，多对一模型的线程切换要快速许多。

一对多模型缺点

多对一模型一大问题是，如果其中一个用户线程阻塞，那么所有的线程豆浆无法执行，因为此时内核线程也随之阻塞了。另外，在多处理器系统上，处理器的真多对多对一模型的线程性能也不会有明显的帮助。

一对多模型优点

多对一模型得到的好处是高效率的上下文切换和几乎无限制的线程数量。

多对多模型

多对多模型的特性

多对多模型结合了多对一模型和一对一模型的特点，将多个用户线程映射到少数但不止一个内核线程上，在多个线程模型中，一个用户线程阻塞并不会使得所有的用户线程阻塞，因为此时还有别的线程可以被调度来执行。另外，多堆垛模型对用户线程的数量也没什么限制，在多处理器系统上，多堆垛的线程能得到一定的性能提升，不过提升的幅度不如一对一模型高。

扩展一下基础

什么是内核态和用户态

内核态

cpu可以访问内存的所有数据，包括计算机外围设备，例如硬盘、网卡，cpu 也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。

用户态

只能访问受限的内存，且不允许访问外围设备，占用 cpu 的能力被剥夺，cpu 资源科被其他程序获取。

为什么要有内核态和用户态

由于需要限制不同程序之间的访问能力，防止他们获取别的内存数据或者获取外围设备的数据，并发送到网络，cpu 分化出两个权限等级。

总结

线程内部情况一共包括三种，一对一、多对一、多对多，目前主流的操作系统是采用多对多的线程模型。

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本文来自《程序员的自我修养》