要真正了解Java的多线程，我们还要从进程和线程的概念说起

进程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体

在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

线程

线程（Thread）有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元

一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，如程序计数器,一组寄存器和栈，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。

在支持多线程的操作系统中，通常是在一个进程中包括多个线程，每个线程都是作为利用CPU的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提升系统内多个程序间并发执行的效率。

多进程： 在操作系统中能同时运行多个应用程序（进程）
多线程： 在同一应用程序（进程）中有多个顺序流（线程）同时执行，多线程的引入，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，如：内存地址、文件I/O等；又可以独立调度，线程是CPU调度的基本单位。

多线程

PHP就是典型的多进程模式的语言，我们知道PHP本身是单进程执行的，但由于引入了PHP-FPM的多线程模型让它的处理高并发的能力大大增强；PHP-FPM实际负责管理一个进程池，来处理来自Web服务器的请求。其实PHP也有多线程的实现方式，不过貌似不太稳定，生产上的应用也不多。关于PHP-FPM的更多内容，请移步到我的这篇文章=>CGI,FastCGI,PHP-FPM三者之间的关系

Nginx也是多进程的，它是基于Master-Worker的模型来实现多线程的。Nginx有两类进程：一类称为Master进程，相当于管理进程；另一类称为Worker进程，即实际工作进程。每当web请求过来，Master进程会把请求分配到一个Worker去执行。关于PHP-FPM的更多内容，请移步到我的这篇文章=>一张图读懂nginx多线程高并发

主流的操作系统都提供了多线程的实现，Java语言则提供了在不同硬件和操作系统平台下对线程操作的统一处理，每个已经执行start（）且还未结束的java.lang.Thread类的实例就代表了一个线程。

我们注意到Thread类与大部分的Java API有显著的差别，它的所有关键方法都是声明为Native的。在Java API中，一个Native方法往往意味着这个方法没有使用或无法使用平台无关的手段来实现。

线程的分类

我们知道计算机可以分为硬件和软件两大块，硬件是基础，软件提供实现不同功能的手段；而软件又可以分为操作系统和应用程序，操作系统专注于对硬件的交互管理并提供一个运行环境给应用程序使用，应用程序则是能实现若干功能的并且运行在操作系统环境中的软件。

计算机组成

同样，线程按照操作系统和应用程序两层次可以分为内核线程(Kernel-Level Thread)和用户线程(User Thread)。

• 内核线程（Kernel-Level Thread,KLT） 就是直接由操作系统内核（Kernel，下称内核）支持的线程，这种线程由内核来完成线程切换

• 用户线程(User Thread,UT) 从广义上来讲，一个线程只要不是内核线程，就可以认为是用户线程；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，系统内核不感知线程存在的实现。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

线程的实现模型

实现线程主要有3种方式：使用内核线程实现、使用用户线程实现和使用用户线程加轻量级进程混合实现。

• 使用内核线程实现

我们先来介绍一下内核线程中的概念

调度器（Thread Scheduler）

内核通过操纵调度器（Thread Scheduler）对内核线程进行调度，并负责将线程的任务映射到各个处理器上

每个内核线程可以视为内核的一个分身，这样操作系统就有能力同时处理多件事情。支持多线程的内核就叫做多线程内核（Multi-Threads Kernel）。

轻量级进程（Light Weight Process LWP）

在实际程序中我们一般不直接使用内核线程，用户线程与内核线程之间需要一种中间数据结构，它由内核支持且是内核线程的高级抽象，这个高级接口被称为轻量级进程（Light Weight Process）

轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程，当然也属于用户线程；由于每个轻量级进程都由一个内核线程支持，因此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1:1的关系称为一对一的线程模型。

一对一的线程模型

由于内核线程的支持，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，也不会影响整个进程继续工作，但是轻量级进程具有它的局限性：

1. 首先，由于是基于内核线程实现的，所以各种线程操作，如创建、析构及同步，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（User Mode）和内核态（Kernel Mode）中来回切换。

2. 其次，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。

• 使用用户线程实现

我们知道用户线程是完全建立在用户空间的线程库上，系统内核不需要感知线程存在的；如果程序实现得当，这种线程不需要切换到内核态，因此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，这种进程与用户线程之间1：N的关系称为一对多的线程模型。

一对多的线程模型

部分高性能数据库中的多线程就是由用户线程实现的。使用用户线程的优势在于不需要系统内核支援，劣势也在于没有系统内核的支援，所有的线程操作都需要用户程序自己处理。线程的创建、切换和调度都是需要考虑的问题，而且由于操作系统只把处理器资源分配到进程，那诸如“阻塞如何处理”、“多处理器系统中如何将线程映射到其他处理器上”这类问题解决起来将会异常困难，甚至不可能完成。

因而使用用户线程实现的程序一般都比较复杂，此处所讲的“复杂”与“程序自己完成线程操作”，并不限制程序中必须编写了复杂的实现用户线程的代码，使用用户线程的程序，很多都依赖特定的线程库来完成基本的线程操作，这些复杂性都封装在线程库之中，除了以前在不支持多线程的操作系统中（如DOS）的多线程程序与少数有特殊需求的程序外，现在使用用户线程的程序越来越少了，Java、Ruby等语言都曾经使用过用户线程，最终又都放弃使用它。

• 使用用户线程加轻量级进程混合实现

线程除了依赖内核线程实现和完全由用户程序自己实现之外，还有一种将内核线程与用户线程一起使用的实现方式。在这种混合实现下，既存在用户线程，也存在轻量级进程。

多对多的线程模型

用户线程还是完全建立在用户空间中，因此用户线程的创建、切换、析构等操作依然廉价，并且可以支持大规模的用户线程并发。而操作系统提供支持的轻量级进程（LWP）则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线程来完成，大大降低了整个进程被完全阻塞的风险。在这种混合模式中，用户线程与轻量级进程的数量比是不定的，即为N：M的关系。

许多UNIX系列的操作系统，如Solaris、HP-UX等都提供了N：M的线程模型实现。

Java线程的实现

对于Sun JDK来说，它的Windows版与Linux版都是使用一对一的线程模型实现的，一条Java线程就映射到一条轻量级进程之中，因为Windows和Linux系统提供的线程模型就是一对一的。

在Solaris平台中，由于操作系统的线程特性可以同时支持一对一（通过Bound Threads或Alternate Libthread实现）及多对多（通过LWP/Thread Based Synchronization实现）的线程模型，因此在Solaris版的JDK中也对应提供了两个平台专有的虚拟机参数：-XX：+UseLWPSynchronization（默认值）和 -XX：+UseBoundThreads 来明确指定虚拟机使用哪种线程模型。

Java创建线程的两种方式：实现Runnable接口，继承Thread类

• 实现Runnable接口：写一个类实现Runnable接口,实现里面的run方法,用new Thread(Runnable target).start()方法来启动

  1. 增强了程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据是独立的
  2. 线程体run()方法所在的类还可以从其他类继承一些有用的属性和方法，避免了由于Java的单继承特性带来的局限
  3. 有利于保持程序风格的一致性

• 继承Thread类：写一个类继承自Thread类,然后重写里面的run方法,用start方法启动线程

  1. Java中只支持单继承，Thread子类无法再从其他类继承
  2. 编写简单，run()方法的当前对象就是线程对象，可直接操纵

线程的调度

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（Cooperative Threads-Scheduling）和抢占式线程调度（Preemptive Threads-Scheduling）。

• 协同式调度

如果使用协同式调度的多线程系统，线程的执行时间由线程本身来控制，线程把自己的工作执行完了之后，要主动通知系统切换到另外一个线程上。协同式多线程的最大好处是实现简单，而且由于线程要把自己的事情干完后才会进行线程切换，切换操作对线程自己是可知的，所以没有什么线程同步的问题。

Lua语言中的 协同程序（Coroutine）就是这类实现。它的坏处也很明显：线程执行时间不可控制，甚至如果一个线程编写有问题，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。很久以前的Windows 3.x系统就是使用协同式来实现多进程多任务的，相当不稳定，一个进程坚持不让出CPU执行时间就可能会导致整个系统崩溃。

• 抢占式调度

如果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，线程的切换不由线程本身来决定（在Java中，Thread.yield 可以让出执行时间，但是要获取执行时间的话，线程本身是没有什么办法的）。在这种实现线程调度的方式下，线程的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使用的线程调度方式就是抢占式调度
在JDK后续版本中有可能会提供协程（Coroutines）方式来进行多任务处理。与前面所说的Windows 3.x的例子相对，在Windows 9x/NT内核中就是使用抢占式来实现多进程的，当一个进程出了问题，我们还可以使用任务管理器把这个进程“杀掉”，而不至于导致系统崩溃。

Java的线程优先级
虽然Java线程调度是系统自动完成的，但是我们还是可以“建议”系统给某些线程多分配一点执行时间，另外的一些线程则可以少分配一点——这项操作可以通过设置线程优先级来完成。

Java语言一共设置了10个级别的线程优先级（Thread.MIN_PRIORITY至Thread.MAX_PRIORITY），在两个线程同时处于Ready状态时，优先级越高的线程越容易被系统选择执行。不过，线程优先级并不是太靠谱，原因是Java的线程是通过映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程调度最终还是取决于操作系统，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，如Solaris中有2147483648（232）种优先级，但Windows中就只有7种，比Java线程优先级多的系统还好说，中间留下一点空位就可以了，但比Java线程优先级少的系统，就不得不出现几个优先级相同的情况了，下图显示了Java线程优先级与Windows线程优先级之间的对应关系，Windows平台的JDK中使用了除THREAD_PRIORITY_IDLE之外的其余6种线程优先级。

其实，即使设置了线程的优先级，一样无法确保这个线程一定先执行，因为它有很大的随机性。它并无法控制执行哪个线程，因为线程的执行，是抢占资源后才能执行的操作，而抢占到资源时，最多是给于线程优先级较高的线程一点机会而已，能不能抓住可是不一定的。

说到底就一句话：线程优化级较高的线程不一定先执行

Java线程生命周期

• 新建（New）：创建后尚未启动的线程处于这种状态。
• 运行（Runable）：Runable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready，也就是处于此状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待着CPU为它分配执行时间。
• 无限期等待（Waiting）：处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被其他线程显式地唤醒。以下方法会让线程陷入无限期的等待状态：
  1. 没有设置Timeout参数的Object.wait（）方法。
  2. 没有设置Timeout参数的Thread.join（）方法。
  3. LockSupport.park（）方法。
• 限期等待（Timed Waiting）：处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间，不过无须等待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限期等待状态：
  1. Thread.sleep（）方法。
  2. 设置了Timeout参数的Object.wait（）方法。
  3. 设置了Timeout参数的Thread.join（）方法。
  4. LockSupport.parkNanos（）方法。
  5. LockSupport.parkUntil（）方法。
• 阻塞（Blocked）：线程被阻塞了，“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，这个事件将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。
• 结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。

Java线程生命周期