java与线程

　　并发并不一定要依赖多线程（如php中很常见的多进程并发），但是在java里面谈论并发，大多数都与线程脱不开关系。以下介绍java线程在虚拟机中的实现。

线程的实现

　　线程是比进程更轻量级的调度执行单位，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（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）。

　　主流的操作系统都提供了线程实现，java语言则提供了在不同硬件的操作系统和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实现（当然也可能为了执行效率而使用native方法，不过，通常最高效的手段也就是平台相关的手段）。

　　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

　　内核线程就是直接由操作系统内核支持的线程，这种线程由内核来完成线程切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，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很多事情，支持多线程的内核就叫做多线程内核。

　　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所讲的线程，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。

　　由于内核线程的支持，每个轻量级进程都称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：首先，由于是基于内核实现的，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，需要在用户态和内核态中来回切换。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

　　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，因此，从这个定义上来讲，轻量级进程也属于用户线程，但是轻量级进程的实现始终是建立在内核之上的，许多操作都要进行系统调用，效率会受到限制。

　　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，因此操作可以使非常快速且低消耗的，也可以支持规模更大的线程数量，部分高性能数据库中的多线程就是由用户线程实现的。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。

　　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，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，除了以前在不支持多线程的操作系统中的多线程程序与少数有特殊需求的程序外，先自爱使用用户线程的程序越来越少了，java曾经使用过用户线程，最终又放弃使用它。

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。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度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，都提供了N：M的线程模型的实现。

java线程的实现

　　java线程在JDK1.2之前，是基于称为“绿色线程”的用户线程实现的，而在JDK1.2中，线程模型替换为基于操作系统原生的线程模型来实现。因此，在目前的JDK版本中，操作系统支持怎样的线程模型，在很大程度上决定了java虚拟机的线程是怎样映射的，这点在不同的平台上没有办法达成一致，虚拟机规范中也并未限定java线程需要使用哪种线程模型来实现。线程模型只对线程的并发规范和操作成本产生影响，对java程序的编码和运行过程来说，这些差异都是透明的。

　　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。

　　而在Solaris平台中，由于操作系统的线程特性可以同时支持一对一以及多对多的线程模型，因此在solaris版的JDK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来明确制定虚拟机使用哪种线程模型。

java线程调度

　　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。

　　如果使用协同式调度的多线程系统，线程执行时间由线程本身来控制，线程把自己工作执行完成了之后，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次啊会进行线程切换，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。坏处ijushi线程执行时间不可控制。

　　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，在这种实现线程调度的方式下，线程执行的时间是系统可控的，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的线程调度。

　　虽然线程调度是系统自动完成的，但是我们可以给某些线程多分配一些时间，另外一些线程少分配一些----这项操作可以通过设置线程优先级来完成。java一共设置了10个级别的线程优先级，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，因为java的线程是通过映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程的调度最终还是取决与操作系统，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。

　　线程优先级并不是太靠谱，还还有其他情况让我们不能太依赖优先级：优先级可能会被系统自行改变。例如，在windows系统中存在一个称为“优先级推进器”的功能，大致作用就是当系统发现一个线程执行得特别勤奋的时候，可能会越过很多线程优先级去为他分配执行时间。因此，我们不能再程序中通过优先级来完全准确地判断一组状态都为ready的线程会先执行哪一个。