Java--线程

2021-12-06 17:35:15 浏览数 (1)

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

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