Java中執行緒如何實作？ Java執行緒的實作方法（圖文）

本篇文章帶給大家的內容是關於Java中執行緒如何實現？ Java線程的實作方法（圖文），有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有幫助。

進程與執行緒

在傳統的作業系統中，最核心的概念是“進程”，進程是對正在運行的程式的一個抽象。
進程的存在讓「並行」成為了可能，在一個作業系統中，允許運行著多個進程，這些進程「看起來」是同時在運行的。
如果我們的電腦同時運行著web 瀏覽器、電子郵件用戶端、即時通訊軟體例如QQ微信等多個進程，我們感覺這些進程都是同時在運行的，假設這台電腦搭配的是多個CPU 或多核心CPU，那麼這種多個進程並行的現象可能一點也不奇怪，完全可以為每個進程單獨分配一個CPU，這樣就實現了多進程並行。
然而事實上，在電腦只有一個 CPU 的情況下，它也能給人類一種感覺：多個進程同時在運作。但人類的感覺往往是比較模糊的，不精確的。事實是由於CPU 的運算速度非常地快，它能快速地在各個進程之間切換，在某一瞬間，CPU 只能運行一個進程，但一秒鐘之內，它就能透過快速切換，讓人產生多個進程同時在運作的錯覺。
在作業系統中，為什麼在行程的基礎上，又衍生出了執行緒的概念呢？

1. 由於對於某些進程而言，它內部會發生多種活動，有些活動可能會在某個時間裡阻塞，有些活動不會，如果透過執行緒將這些活動分離開使它們能夠並行地運行，則設計程式的時候會更加簡單。

2. 執行緒比進程的建立更加輕量級，效能消耗更少

3. 如果一個行程既需要CPU 運算，也需要I/ O處理，擁有多執行緒允許這些活動重疊進行，加快整個行程的執行速度。

每一個進程在作業系統中都擁有獨立的一塊記憶體位址空間，該行程創建的所有執行緒共享這塊內存，支援多執行緒的作業系統，會讓執行緒作為CPU 調度的最小單位。 CPU 的時間片在不同的執行緒之間進行分配。

線程的可能實現方式

基本上主流的作業系統都支援線程，也提供了線程的實作。而 Java 語言為了因應不同硬體和作業系統的差異，提供了對執行緒操作的統一抽象，在 Java 中我們使用 Thread 類別來代表一個執行緒。
Thread 的具體實作可能會有不同的實作方式：

使用核心執行緒實作

核心執行緒是作業系統核心支援的線程，在核心中有一個線程表用來記錄系統中的所有線程，在創建或銷毀一個線程時，都需要涉及到系統調用，然後再內核中對線程表進行更新操作。對內核線程的阻塞以及其它操作，都涉及到系統調用，系統調用的代價都比較大，涉及到在用戶態和內核態之間的來回切換。此外，核心內部有執行緒調度器，用於決定應該將 CPU 時間片分配個哪個執行緒。
程式一般不會直接操作內核線程，而是使用內核線程的一種高級接口，輕量級進程。輕量級進程與核心執行緒之間的關係是 1：1，每一個輕量級進程內部都有一個核心執行緒支援。

上圖中， LWP 指 Light Weight Process，即輕量級進程；KLT 指 Kernel Level Thread，即核心執行緒。

使用使用者執行緒實作

使用者執行緒是程式或程式語言自己實作的執行緒函式庫，系統核心無法感知到這些執行緒的存在。用戶線程的建立、同步、銷毀和調度，都在用戶態中完成，無須內核的幫助，不需要進行系統調用，這樣的好處是對於線程的操作是非常高效的。在這種情況下，進程和用戶執行緒的比例是 1 ：N。

當使用者狀態執行緒面對如何阻塞執行緒時，會面臨困難，阻塞一個使用者狀態執行緒會出現把整個行程都阻塞的情況，多線程也就失去了意義。因為缺少核心的支持，所以很多需要利用核心才能完成的工作，例如阻塞與喚醒執行緒、多 CPU 環境下執行緒的映射等，都需要使用者程式去實現，實現起來會異常困難。

使用使用者執行緒和核心執行緒混合實作

在這種混合實作下，既存在使用者線程，也存在核心線程。使用者態線程的建立、切換這些操作依然很高效，而且用戶態實現的線程，比較容易加大線程的規模。需要作業系統核心支援的功能，則透過核心執行緒來做到，例如映射到不同的處理器上、處理執行緒的阻塞與喚醒以及核心執行緒的調度等。這種實作仍然會使用到輕量級進程 LWP，它是用戶執行緒和核心執行緒之間的橋樑。

Java 執行緒的實作

#在JDK1.2 之前， Java 的執行緒是使用使用者執行緒實作的，在JDK1. 2 之後，Java 才採用作業系統原生支援的執行緒模型來實現，Java 執行緒模型的實作方式，主要取決於作業系統。對於 Oracle JDK 來說，在 Windows 和 Linux 上的執行緒模型是採用一對一的方式實現的，即一條 Java 執行緒對應到一條輕量級進程(核心執行緒)。而在 Solaris 平台中，Java 則支援 1 ：1 和 N : M 的執行緒模型。

執行緒的阻塞與等待

Java 中的執行緒的狀態有以下幾個：New，Runnable，Waiting， TimedWaiting， Blocked，Terminated。

• NEW：執行緒初步創建，未執行

• RUNNABLE：執行緒正在運行，但不一定消耗CPU

• BLOCKED：執行緒正在等待另一個執行緒釋放鎖定

• WAITING：執行緒執行了wait, join , LockSupport.park() 方法

• TIMED_WAITING：執行緒呼叫了sleep, wait, join, LockSupport.parkNanos() 等方法，與WAITING 狀態不同的是，這些方法帶有表示時間的參數。

其中Blocked 和Waiting 有個重要的差異是，阻塞（Blocked）狀態的執行緒在等待取得一個排他鎖，例如執行緒在等待進入一個synchronized關鍵字包圍的臨界區時，就進入Blocked 狀態。而 Waiting 狀態則是在等待被喚醒，或是等待一段時間。

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