1.基础概念：

1.1. 进程、轻量级进程、内核线程、用户线程的关系和区别

在现代操作系统中，进程支持多线程。
进程是资源管理的最小单元。一个进程内部可以包含多个线程。这些线程会共享进程的资源。
而线程是程序执行的最小单元。线程必须依赖进程而存在。
一个进程的组成实体可以分为两大部分：线程集合资源集。资源集包括地址空间、打开的文件、用户信息等等，由进程内的线程共享。
线程有自己的私有数据：程序计数器，栈空间以及寄存器。

2. 为什么使用多线程模型：

1. 现实中有很多需要并发处理的任务，如数据库的服务器端、网络服务器、大容量计算等。
2. 传统的UNIX进程是单线程的，单线程意味着程序必须是顺序执行，不能并发；既在一个时刻只能运行在一个处理器上，因此不能充分利用多处理器框架的计算机。
3. 如果采用多进程的方法，则有如下问题：a. fork一个子进程的消耗是很大的，fork是一个昂贵的系统调用，即使使用现代的写时复制(copy-on-write)技术。b. 各个进程拥有自己独立的地址空间，进程间的协作需要复杂的IPC技术，如消息传递和共享内存等。

3. 多线程的优缺点

多线程的优点和缺点实际上是对立统一的。
支持多线程的程序(进程)可以取得真正的并行(parallelism)，且由于共享进程的代码和全局数据，故线程间的通信是方便的。它的缺点也是由于线程共享进程的地址空间，因此可能会导致竞争，因此对某一块有多个线程要访问的数据需要一些同步技术。

4. 三种线程——内核线程、轻量级进程、用户线程

4.1. 内核线程（KLT）

内核线程就是内核的分身，一个分身可以处理一件特定事情。这在处理异步事件（如异步IO）时特别有用。内核线程的使用是廉价的，唯一使用的资源就是内核栈和上下文切换时保存寄存器的空间。支持多线程的内核叫做多线程内核(Multi-Threads kernel )。

• CPU时间片轮转机制：又称RR调度，会导致上下文切换。
• CPU核心数和内核级线程数的关系
  一般情况下一个内核能同时运行一个内核级线程。使用了超线程技术后一个内核能同时运行2个内核级线程。
  当内核级线程数小于CPU内核数或者超过CPU内核数的2倍。CPU的运行效率都会受到较大的影响。对于计算密集型线程，线程数一般在这个范围之内。
  对于计算密集型的任务，一般建议将线程数设置为物理核数。具体的，还需要针对不同的程序，做对应压力测试得到合适的参数选择。

4.2. 轻量级进程（LWP）

轻量级线程(LWP)是一种由内核支持的用户线程。它是基于内核线程的高级抽象，因此只有先支持内核线程，才能有LWP。每一个进程有一个或多个LWPs，每个LWP由一个内核线程支持。这种模型实际上就是恐龙书上所提到的一对一线程模型。在这种实现的操作系统中，LWP就是用户线程。
由于每个LWP都与一个特定的内核线程关联，因此每个LWP都是一个独立的线程调度单元。即使有一个LWP在系统调用中阻塞，也不会影响整个进程的执行。
轻量级进程具有局限性。首先，大多数LWP的操作，如建立、析构以及同步，都需要进行系统调用。系统调用的代价相对较高：需要在user mode和kernel mode中切换。其次，每个LWP都需要有一个内核线程支持，因此LWP要消耗内核资源（内核线程的栈空间）。因此一个系统不能支持大量的LWP。

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注：
1 LWP的术语是借自于SVR4/MP和Solaris 2.x。
2 有些系统将LWP称为虚拟处理器。
3 将之称为轻量级进程的原因可能是：在内核线程的支持下，LWP是独立的调度单元，就像普通的进程一样。所以LWP的最大特点还是每个LWP都有一个内核线程支持。

4.3. 用户线程（ULT）

LWP虽然本质上属于用户线程，但LWP线程库是建立在内核之上的，LWP的许多操作都要进行系统调用，因此效率不高。而这里的用户线程指的是完全建立在用户空间的线程库，用户线程的建立，同步，销毁，调度完全在用户空间完成，不需要内核的帮助。因此这种线程的操作是极其快速的且低消耗的。

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上图是最初的一个用户线程模型，从中可以看出，进程中包含线程，用户线程在用户空间中实现，内核并没有直接对用户线程进行调度，内核的调度对象和传统进程一样，还是进程本身，内核并不知道用户线程的存在。用户线程之间的调度由在用户空间实现的线程库实现。
这种模型对应着恐龙书中提到的多对一线程模型。其缺点是：多核处理器下，同一个进程中的多个用户线程只能分时复用同一个内核（同一个进程中的多个用户线程只能同时有一个线程在运行）。一个用户线程如果阻塞在系统调用中，则整个进程都将会阻塞。执行效率低。

4.4. 加强版的用户线程——用户线程+LWP

这种模型对应着恐龙书中多对多模型。用户线程库还是完全建立在用户空间中，因此用户线程的操作还是很廉价，因此可以建立任意多需要的用户线程。操作系统提供了LWP作为用户线程和内核线程之间的桥梁。LWP还是和前面提到的一样，具有内核线程支持，是内核的调度单元，并且用户线程的系统调用要通过LWP，因此进程中某个用户线程的阻塞不会影响整个进程的执行。用户线程库将建立的用户线程关联到LWP上，LWP与用户线程的数量不一定一致。当内核调度到某个LWP上时，此时与该LWP关联的用户线程就被执行。

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5. JVM线程

JAVA 天生就是多线程的。
JDK1.2之前，绿色线程——用户线程。
JDK1.2以后，JVM线程基于操作系统原生线程模型来实现。JDK的Windows版本和Linux版本都使用一对一的线程模型实现。JVM线程与LWP一一对应。
一个大型应用程序，我们可以开辟的线程数量至少等于运行机器的cpu内核数量。java程序里我们可以通过下面的一行代码得到这个数量：

Runtime.getRuntime().availableProcessors();

所以最小线程数量即时cpu内核数量。如果所有的任务都是计算密集型的，这个最小线程数量就是我们需要的线程数。开辟更多的线程只会影响程序的性能，因为线程之间的切换工作，会消耗额外的资源。如果任务是IO密集型的任务，我们可以开辟更多的线程执行任务。当一个任务执行IO操作的时候，线程将会被阻塞，处理器立刻会切换到另外一个合适的线程去执行。如果我们只拥有与内核数量一样多的线程，即使我们有任务要执行，他们也不能执行，因为处理器没有可以用来调度的线程。
轻量级线程(LWP)是基于内核线程的高级抽象，因此只有先支持内核线程，才能有LWP。每一个进程有一个或多个LWPs，每个LWP由一个内核线程支持。这种模型实际上就是恐龙书上所提到的一对一线程模型。在这种实现的操作系统中，LWP就是用户线程。