Java线程实现原理

要了解Java线程的实现,首先需要了解下操作系统的线程模型。随着操作系统的发展,操作系统的调度由原来的进程转移到了线程,而进程则越来越成为了一个资源的集合,自保护了程序所需要的网络端口,磁盘文件句柄等;线程在作为程序执行和调度的最小单位,线程共享了进程内的资源,本身只包含了本线程运行所需要的最小的资源,因此切换起来比进程更加轻量级,成本更低。

在系统中线程有两种实现方式,内核线程和用户线程。内核线程有操作系统内核完成创建,调度执行,阻塞,中断,销毁等操作,所有过程在内核内执行;用户线程在用户空间内进行操作,其操作完全由用户自主控制。

两种线程的实现各有优缺点。内核线程在内核空间上有TCB来标识,在全系统内对资源进行竞争,对于多核CPU来说更有优势,其缺点是线程的操作需要陷入内核完成用户态和内核态的切换,性能消耗较大,另外由于系统资源有限,因此TCB的个数不能太多,这就限制了线程的并发量。用户线程,在用户空间内完成线程的操作,不需要消耗内核的TCB结构因此理论上线程的并发性更好,另外用户线程的调度完全自主实现,不需要陷入内核态,线程切换开销更小;但是不适用内核线程的支持,只能对进程进行调度,因此同意时刻只能一个线程云信,并发度不够,而且无法享受多核CPU带来的优势,同事线程的操作自主实现的难度也较大。

Java的线程实现是将线程绑定到内核线程上,当然不是直接操作内核线程而是通过内核线程的一个高级接口,LWP来实现的。通过对上述系统的线程的分析,Java线程可以简单理解为就是内核线程实现的,因此内核线程的优缺点同样适用于Java线程。

在编写多线程的代码时要充分考虑内核线程的限制,比如TCB块不能无限制增加等,在系统中要合理控制线程的个数。

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