Java--线程

线程是什么？在计算机设计初期，并没有线程的概念，只有进程，linux系统下没有真正意义的线程，只有进程，c语言中的fork函数可以开辟一个新的进程，新的进程将对父进程进行内存拷贝，相当于复制全新的一个父进程，全新的内存，进程间内存的独立使得进程间通信较为繁琐

由于进程间内存不共享，而我们做多进程操作时，为的就是并发进行某些操作，最后得到结果，并发操作时想用同一个对象，就需使用共享内存进行多进程通信，共享内存是允许多个进程访问同一个内存空间，是在多个进程之间共享和传递数据最高效的方式

多进程编程时我们需要用到大量得共享内存操作，十分繁琐，这时就有人提出了线程，线程就是对进程进行了封装，linux中的线程就是模拟进程。而我们知道线程的好处就是内存共享，使用它带来了很大的便利，同时它也带来了一些坏处：线程安全、线程生命周期等

一、Java使用的线程模型

1.三种线程模型

主流操作系统的线程模型有三种：内核线程模型、用户线程模型、混合线程模型，感兴趣的可以自己查阅相关资料
HotSpot虚拟机使用的是内核线程模型(Kernel-Level Thread, KLT)：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，一个线程对应一个内核线程，注意内核线程也是进程

2.多线程实现

线程模型只是概念，具体是怎么实现的呢？如果有linux下c语言编程的经验，我们可以知道线程就是模拟的进程，试想下：如果要你来设计一个多线程模型，你会怎么做？
我们需要尽可能的把进程轻量化来实现线程，但又想到它能够做到内存共享，子进程又是需要被父进程fork出来，显然一个进程并不能做到这些，那么怎么做呢？

• 将一个进程只作为内存共享进程，用来fork的父进程A
• 将另一个进程用来调度，当有新的线程创建时，来通知进程A可以fork了，并管理它们一系类操作

linux中，对上面两个进程分别称作：

• 轻量级进程（Light Weight Process,LWP）：就是内核线程（KLT），程序一般不会去使用内核线程，而是使用内核线程的一种API—— 轻量级进程（Light Weight Process， LWP），可以共享应用程序的一些资源，比如地址空间、句柄、堆
• 调度器（Thread Scheduler）：协同式线程调度（Cooperative Thread-Scheduling)和抢占式线程调度(Preemptive Threads-Scheduling)，后续再来了解这两个概念

3.Java使用的线程模型

上面提到了HotSpot虚拟机使用的是内核线程模型(Kernel-Level Thread, KLT)，我们又做了多线程实现的分析，再来看内核线程模型，如下图所示：

内核线程模型

二、时间片轮转机制

之前的JVM文章中也提到了，计算机实际上是没有并行的，而是每个线程（进程）抢占获得cpu的时间片，来执行一段时间后，重新竞争，所以JVM内存模型中有程序计数器，上面提到的线程的调度器也是这种机制

1.协同式线程调度（Cooperative Thread-Scheduling)

线程的执行时间由线程本身来控制，执行结束后需要主动通知系统切换到另外一个线程上，其危险性也很大，当一个线程陷入了死循环，那么程序会一直阻塞，可能导致系统崩溃

2.抢占式线程调度(Preemptive Threads-Scheduling)

为了解决协同式线程调度的危险，抢占式线程调度就是时间片轮转机制，各个线程只能被动的抢占cpu时间片，抢占到了的才能执行代码，时间到了后，暂停执行，重新由各个线程竞争时间片，这种方式线程的执行时间系统是可控的，不会造成协同式线程调度一直阻塞的现象，Java使用的是抢占式线程调度

Java线程调度

三、Java并发特性

Java线程是在操作系统的内核线程模型上做了进一步的封装，Java多线程特性有三个：原子性、可见性、有序性，上面我们了解到了轻量级进程中有共享的内存，来实现多线程的内存共享。而HotSpot虚拟机通过虚拟机栈来对应一个线程，在虚拟机栈中又存有一个个栈帧来对应方法，里面会通过局部变量表存储一个指针指向堆中共享的对象，但是实际操作时并不是直接使用共享内存的，而是共享内存的拷贝

这种方式被称为JMM模型，下篇文章会围绕JMM模型进行展开