2. 线程的实现

2020-04-11  本文已影响0人  lsh的学习笔记

并发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。既然我们这本书探讨的话题是Java虚拟机的特性,那讲到Java线程,我们就从Java线程在虚拟机中的实现开始讲起。

线程的实现

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

1.使用内核线程实现

内核线程(KernelLevelThread,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,内核通过操纵调度器(Scheduler)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。

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(LightWeightProcess,LWP),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。

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(UserMode)和内核态(KernelMode)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。

2.使用用户线程实现

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。

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

3.使用用户线程加轻量级进程混合实现

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。

4.Java线程的实现

Java线程在JDK1.2之前,是基于称为“绿色线程”(GreenThreads)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线程模型来实现。

对于SunJDK来说,它的Windows版与Linux版都是使用一对一的线程模型实现的。

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(通过BoundThreads或AlternateLibthread实现)及多对多(通过LWP/ThreadBasedSynchronization实现)的线程模型。

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