在早期的操作系統中,執行任務被抽象為進程(Process)。其中,進程是操作系統運行和調度的基本單元。
隨著計算機技術的不斷發展,由于進程開銷資源較大,以進程為調度單位的方式逐漸產生弊端。因此,計算機先進工作者(科學家)們在進程的基礎上,提出了線程(Thead)的概念。
線程是進程中的運行單位,可以把線程看作輕量級的進程。計算機CPU會按照某種策略為每一個線程分配一定的時間片去執行。
進程是指程序的一次動態執行過程,計算機中正在執行的程序就是進程,每一個程序都對對應著各自的一個進程。
一個進程包含了從代碼加載完畢到執行完成的一個完成過程,是操作系統中資源分配的最小單位。
線程是比進程更小的執行單元,是計算機CPU調度和分配的基本單位。
每一個進程都會至少包含一個線程,而一個線程只屬于一個進程。
每一個進程都有自己的資源,一個進程內的所有線程都共享這個進程所包含的資源。
每一個線程可以對所屬進程的所有資源進行調度和運算,其中,線程可以是操作系統內核來控制調度,也可以是由用戶程序來控制調度。
基本定義
現代計算機,從組成部分上來看,大體可以分為硬件和軟件兩個部分。硬件是基礎,而軟件是運行在硬件之上的程序。
其中,軟件可以分為操作系統和應用程序:
操作系統(Operation System):專注于對硬件的支持和交互管理并提供一個運行環境給應用程序使用
應用程序(Application Program):能實現若干功能且運行在操作系統中的軟件
由于線程可以由操作系統內核和用戶程序來控制調度,因此按照操作系統和應用程序兩個層次來分類。
線程可以主要分為內核線程和 用戶線程(應用線程)兩類,其中:
內核線程(Kernel Thread):由操作系統內核支持和管理的線程,內核線程的創建,啟動,同步,銷毀,切換等均由操作系統完成。
用戶(應用線程,Applciation Thread)線程(User Thread) :用戶(應用)線程的管理工作在用戶(應用)空間完成,它完全建立在用戶(應用)空間的線程庫上,由內核支持但不由內核管理,內核也無法感知用戶線程的存在。用戶(應用)線程的創建,啟動,同步,銷毀,切換等均在在用戶(應用)空間完成,不用切換到內核。
從Java領域來看,Java語言編譯后的字節碼(Byte Code) 運行在JVM (Java 虛擬機)上,其中JVM其實是一個進程,所以Java屬于應用程序層。
我們都知道,Java的線程類為:java.lang.Thread,當任務不能在當前線程中執行時,我們就會去創建一個Thread對象。
我們在Java層通過new 關鍵字創建一個Thread對象,然后調用start()方法啟動該線程,那么從線程的角度來看,主要可以分為:
Java應用程序層線程(Java Application Thread ):主要是Java語言編程的程序創建的Thread線程對象,屬于用戶空間
Java虛擬機層線程(Java JVM Thread ):主要是Java虛擬機中包含且支持和管理的線程,屬于用戶空間,
操作系統層線程(OS Thread):根據操作系統的實際情況而定的抽象表示,主要是看操作系統和庫是否支持和管理的線程,一般Linux主要通過pthread庫來實現,早期版本不支持。
其中,在Hotspot JVM 中的 Java 線程與原生操作系統線程有直接的映射關系。當線程本地存儲、緩沖區分配、同步對象、棧、程序計數器等準備好以后,就會創建一個操作系統原生線程。
Java 線程結束,原生線程隨之被回收。操作系統負責調度所有線程,并把它們分配到任何可用的 CPU 上。
當原生線程初始化完畢,就會調用 Java 線程的 run() 方法。當線程結束時,會釋放原生線程和 Java 線程的所有資源。
一般在Hotspot JVM 后臺運行的系統線程主要有下面幾方面:
虛擬機線程(VM thread):這個線程等待 JVM 到達安全點操作出現。這些操作必須要在獨立的線程里執行,因為當堆修改無法進行時,線程都需要 JVM 位于安全點。這些操作的類型有:stop-theworld
垃圾回收、線程棧 dump、線程暫停、線程偏向鎖(biased locking)解除。
周期性任務線程: 這線程負責定時器事件(也就是中斷),用來調度周期性操作的執行。
GC 線程: 這些線程支持 JVM 中不同的垃圾回收活動。
編譯器線程: 這些線程在運行時將字節碼動態編譯成本地平臺相關的機器碼。
信號分發線程: 這個線程接收發送到 JVM 的信號并調用適當的 JVM 方法處理。
由此可見,Java層到內層層的線程創建的大致流程:java.lang.Thread(Java應用程序層)—>Java Thread(JVM 層)->OS Thread(操作系統層)->pthread(根據操作系統的情況而定)->內核線程(Kernel Thread)。
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