12.4 Java与线程

12.4.1 线程的实现

实现线程主要有三种方式：使用内核线程实现、使用用户线程实现、使用用户线程加轻量级进程混合实现。

1、使用内核线程实现
内核线程就是直接由操作系统内核支持的线程。
程序一般不会直接去使用内核线程，而是去使用内核线程的一种高级接口—轻量级进程，轻量级进程就是我们通常意义上讲的线程，由于每个轻量级进程都由一个内核线程支持，因些只有先支持内核线程，才能有轻量级进程。这种轻量级进程与内核线程之间的1:1的关系称为一对一的线程模型，如下图所示。

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由于每个轻量级进程都需要有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、使用用户线程实现
广义上来讲，一个线程只要不是内核线程，那就可以认为是用户线程，因此从这个定义上来讲轻量级进程也属于用户线程。
而狭义上的用户线程指的是完全建立在用户空间的线程库上，系统内核不能感知到线程存在的实现。用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成，不需要内核的帮助。如果程序实现得当，这种线程不需要切换到内核态，因操作可以是非常快速且低消耗的，也可以支持规模更大的线程数量，部分高性能的数据库中的多线程就是由用户线程实现的。这进程与用户线程之间1:N的关系称为一对多的线程模型，如下图所示。

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使用用户线程的优势在于不需要系统内核支持，劣势也在于没有系统内核的支持，所有的线程操作都需要用户程序自己处理。因而使用用户线程实现的程序一般都比较复杂。

3、混合实现
将内核线程与用户线程一起使用的实现方式。集两者的优点于一身。

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4、Java线程的实现
Java线程在JDK1.2之前，是用户线程实现的，而在JDK1.2中，线程模型被替换为基于操作系统原生线程模型来实现。

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，主要调度方式有两种，分别是协同式线程调度和抢占式线程调度。
使用协同式线程调度的多线程系统，线程执行的时间由线程本身控制，线程把自己的工作执行完成后，主动通知系统切换到另外一个线程上去。优点的实现简单，切换操作对线程自己是可知的，所以没有同步问题。缺点是如果有一个线程有问题一直不告知系统进行线程切换，那么程序就会一直阻塞在那里。
使用抢占式调度的多线程系统，那么每个线程将由系统来分配执行时间，在这种实现线程调度的方式下，线程执行时间是系统可控的，也不会有一个线程导致整个进程阻塞的问题，Java使用是的抢占式来实现多线程的。
Java中可以通过设置线程优先级调节线程的招行时间。不过线程优先级并不是太靠谱，原因是Java的线程是被映射到系统的原生线程上来实现的，交由操作系统来调度，虽然现在很多操作系统都提供线程优先级的概念，但是并不见得能与Java线程的优先级一一对应。

12.4.3 状态转换

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1、新建状态(New)：新创建了一个线程对象。

2、就绪状态(Runnable)：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于“可运行线程池”中，变得可运行，只等待获取CPU的使用权。即在就绪状态的进程除CPU之外，其它的运行所需资源都已全部获得。

3、运行状态(Running)：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

4、阻塞状态(Blocked)：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。
阻塞的情况分三种：

(1)、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，该线程会释放占用的所有资源，JVM会把该线程放入“等待池”中。进入这个状态后，是不能自动唤醒的，必须依靠其他线程调用notify()或notifyAll()方法才能被唤醒。

(2)、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入“锁池”中。

(3)、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5、死亡状态(Dead)：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

注：拿到对象的锁标记，即为获得了对该对象(临界区)的使用权限。即该线程获得了运行所需的资源，进入“就绪状态”，只需获得CPU，就可以运行。因为当调用wait()后，线程会释放掉它所占有的“锁标志”，所以线程只有在此获取资源才能进入就绪状态。