JAVA内存模型与线程

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内存模型

http://blog.csdn.net/vking_wang/article/details/8574376

Java-mem.jpeg

线程的实现

  • 使用内核线程实现
轻量级线程(LWP)和内核线程之间1:1对应
优点:每个LWP都是独立的调度单元,阻塞不会影响整个进程
缺点:1.LWP的操作都要在用户态(User Mode)和内核态(Kernel Mode)中来回切换,系统调用代价高;2.每个LWP都要消耗一定的内核资源,数量有限
  • 使用用户线程实现
进程和用户线程 1:N关系
优点:线程操作速度快,消耗少,数量多
缺点:线程的处理比较复杂
  • 混合实现
用户线程和LWP对应的关系是M:N的关系
  • 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后,线程模型替换为基于操作系统原生线程模型来实现。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虚拟机的线程时怎样映射的,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模和操作系统成本产生影响,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,他的Windows版本与Linux版本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操作系统提供的线程模型就是一对一的。
而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中也对应提供了两个平台专有的虚拟机参数:
-XX:+UserLWPSynchronization(默认值)和-XX:+UseBoundThreads来明确指定虚拟机使用哪种线程模型。

Java线程调度

线程调度是指系统为线程分配处理器使用权的过程,主要调用方式有两种:协同式线程调度和抢占式线程调度(PS:貌似说协程的性能比抢占式线程要好)

  • 协同式线程调度

如果使用协同式调度的多线程系统,线程的执行时间由线程本身来控制,线程把自己的工作执行完了之后,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才会进行线程切换看,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。Lua语言中的“协同例程”就是这类实现。它的坏处也是显而易见的:线程执行时间不可控制,甚至如果一个线程编写有问题,一直不告知操作系统进行线程切换,那么程序就会一直阻塞在那里。

  • 抢占式线程调度

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Java中,Thread.yield()可以让出执行时间,但是要获取执行时间的话,线程本身没有什么办法的)。在这种实现线程调度的方式下,线程的执行时间是系统可控的,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调度

虽然Java线程调度是系统自动完成的,但是我们可以“建议”系统给某些线程多分配点执行时间,另外的一些线程则可以少分配一点——这项操作可以通过设置线程优先级来完成。Java语言一共设置了10个级别的线程优先级(Thread.MIN_PRIORITY至Thread.MAX_PRIORITY),在两个线程同时处于Ready状态时,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,原因是Java线程时通过映射到系统的原生线程上来实现的,所以线程调度最终还是取决于操作系统,虽然在很多操作系统都提供了线程优先级的概念,但是并不见得能与Java线程的优先级一一对应。

线程状态的转换

Java语言定义了7种线程状态。这7种状态分别是:

  • 新建(New):创建后尚未启动的线程处于这种状态
  • 运行(Runable):Runable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready(可运行),也就是处于此状态的线程有可能正在执行,也有可能正在等待着CPU为他分配执行时间
  • 无限期等待(Waiting):处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间,他们要等待被其他线程显式的唤醒。以下方法会让线程陷入无限期的等待状态。
没有设置Timeout参数的Object.wait()方法
没有设置Timeout参数的Thread.join()方法
LockSupport.park()方法
  • 限期等待(Timed Waiting):处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间,不过无需等待被其他线程显式的唤醒,在一定时间之后他们会有系统自动唤醒。以下方法会让线程进入限期等待状态。
Thread.sleep()方法
设置Timeout参数的Object.wait()方法
设置Timeout参数的Thread.join()方法
LockSupport.parkNanos()方法
LockSupport.parkUntil()方法
  • 阻塞(Blocked):线程被阻塞了,“阻塞状态”与“等待状态”的区别是:阻塞状态在等待着获取到一个排它锁,这个事件将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生;而等待状态则是在等待一段时间,或者唤醒动作的发生。在程序等待进行同步区域的时候,线程将进入这种状态。
  • 结束(Terminated,dead):线程已经结束执行。

参考:http://my.oschina.net/xinxingegeya/blog/299758#OSC_h1_4