阿里面試官問我Java線程和操作系統(tǒng)線程什么關(guān)系
這個問題是安琪拉之前面試被問到的一個問題，正好順著上一篇文章介紹完線程調(diào)用時的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，后續(xù)把Java 并發(fā)的都一起講了。
面試官：聽前一個面試官說你Java并發(fā)這塊掌握的不錯，我們深入的交流一下；
我: ?看了看面試官頭部稀疏的結(jié)締組織，已然覺得這場面試不簡單，不過好在事前把安琪拉的博客看了個遍，有所準(zhǔn)備，我回答說：咳咳，掌握的還算可以。
面試官：Java線程用過的吧？
我：用過。
面試官：那你給我講講Java線程和操作系統(tǒng)的？
我：?。。?！
劇情不應(yīng)該這樣的啊，開場不應(yīng)該先是 synchronized 或者 volatile，再然后是線程池和AQS，怎么上來就整這玩意。
我：好的，那我分三段講，
用戶態(tài)的線程
內(nèi)核態(tài)的線程
Java 線程源碼
第一階段:
其實早期的時候，操作系統(tǒng)是沒有線程的概念，線程是后面加進來的，操作系統(tǒng)剛開始只有進程，操作系統(tǒng)分配資源的最小單位是進程，進程與進程之間相關(guān)隔離，每個進程有自己的內(nèi)存空間，文件描述符，CPU調(diào)度以進程作為最小調(diào)度單元；
第二階段:
初期的多線程，線程是在用戶空間下實現(xiàn)的。
什么意思？我們都知道內(nèi)存分用戶空間和系統(tǒng)空間，系統(tǒng)空間是給操作系統(tǒng)使用的，用戶空間是應(yīng)用程序使用的，應(yīng)用程序如果需要訪問系統(tǒng)空間，需要進行系統(tǒng)調(diào)用，從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，這里詳細(xì)可以參考我上一篇文章: [講講用戶空間和內(nèi)核空間]
那怎么在用戶空間實現(xiàn)的多線程呢？
實際上是操作系統(tǒng)按進程維度來調(diào)度，操作系統(tǒng)是不去管你用戶線程的切換的，應(yīng)用程序自己在用戶空間實現(xiàn)線程的創(chuàng)建、維護和調(diào)度。模型如下圖:
當(dāng)線程在用戶空間下實現(xiàn)時，操作系統(tǒng)對線程的存在一無所知，操作系統(tǒng)只能看到進程，而不能看到線程。所有的線程都是在用戶空間實現(xiàn)。在操作系統(tǒng)看來，每一個進程只有一個線程。
這種方式的好處之一就是即使操作系統(tǒng)不支持線程，也可以通過庫函數(shù)來支持線程。在JDK1.1中，就用的綠色線程，而不是原始線程。
下面是關(guān)于green thread的解釋，因為green thread不是今天的重點，就不細(xì)說了。
green threads 是一種由運行環(huán)境或虛擬機(VM)調(diào)度，而不是由本地底層操作系統(tǒng)調(diào)度的線程。綠色線程并不依賴底層的系統(tǒng)功能，模擬實現(xiàn)了多線程的運行，這種線程的管理調(diào)配發(fā)生在用戶空間而不是內(nèi)核空間，所以它們可以在沒有原生線程支持的環(huán)境中工作。
在Java 1.1中，綠色線程（至少在 Solaris 上）是JVM 中使用的唯一一種線程模型。由于綠色線程和原生線程比起來在使用時有一些限制，隨后的 Java 版本中放棄了綠色線程，轉(zhuǎn)而使用native threads。
這種模式的優(yōu)點和缺點都非常明顯:
缺點: 因為操作系統(tǒng)不知道線程的存在，CPU的時間片切換是以進程為維度的，如果進程中有某個線程進行了某些耗時長的操作，會阻塞整個進程。另外當(dāng)一個進程中的某一個線程(綠色線程)進行系統(tǒng)調(diào)用時，比如網(wǎng)絡(luò)IO、缺頁中斷等操作而導(dǎo)致線程阻塞，操作系統(tǒng)也會阻塞整個進程，即使這個進程中其它線程還在工作。
優(yōu)點: 使用庫函數(shù)來實現(xiàn)的線程切換，就免去了用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，這個味道熟不熟，對了，Go的協(xié)程就有借鑒了一部分這個思想。
2. 內(nèi)核態(tài)的線程在 Java1.2 之后. Linux中的JVM是基于pthread實現(xiàn)的, 可以直接說 Java 線程就是依賴操作系統(tǒng)實現(xiàn)的，是1:1的關(guān)系。
現(xiàn)在的Java中線程的本質(zhì)，其實就是操作系統(tǒng)中的線程
另外我看很多資料上說 Java線程的實現(xiàn)采用的是LWP(輕量級進程)，實際上從Linux 內(nèi)核2.6開始，就把LinuxThread 換成了新的線程實現(xiàn)方式NPTL，NPTL解決了LinuxThread中絕大多數(shù)跟POSIX標(biāo)準(zhǔn)不兼容的特性，并提供了更好的性能，可擴展性及可維護性等等。
LinuxThread使用的是1 * 1模型，即每一個用戶態(tài)線程都有一個內(nèi)核的管理實體跟其對應(yīng)，這個內(nèi)核對應(yīng)的管理實體就是進程，又稱LWP（輕量級進程）
希望了解更多NPTL的可以去看詳細(xì)介紹NPTL.
我們知道，每個線程都有它自己的線程上下文，線程上下文包括線程的ID、棧、程序計數(shù)器、通用的寄存器等的合集?？傆X得上下文這個詞很模棱二可，但是發(fā)現(xiàn)也找不到更合適的詞來描述。
線程有自己的獨立的上下文，由操作系統(tǒng)調(diào)度，但是也有一個缺點，那就是線程消耗資源太大了，例如在linux上，一個線程默認(rèn)的棧大小是1M，單機創(chuàng)建幾萬個線程就有點吃力了。所以后來在編程語言的層面上，就出現(xiàn)了協(xié)程這個東西。
協(xié)程的模式有點類似結(jié)合了上面二種方式，即是在用戶態(tài)做線程資源切換，也讓操作系統(tǒng)在內(nèi)核層做線程調(diào)度。
協(xié)程跟操作系統(tǒng)的線程是有映射關(guān)系的，例如我們建了m個協(xié)程，需要在N個線程上執(zhí)行，這就是m: n的方案，這n個線程也是靠操作系統(tǒng)調(diào)度實現(xiàn)。
另外協(xié)程是按需使用棧內(nèi)存的，所以理論上可以輕輕松松創(chuàng)建百萬級的協(xié)程。
目前協(xié)程這塊支持的最好的是go語言, 不過現(xiàn)在OpenJDK社區(qū)也正在為JDK增加協(xié)程的支持。
3. 線程的源碼我們在Java中調(diào)用 new Thread(Runnable ***).start() ?方法時，怎么從用戶態(tài)切到內(nèi)核態(tài)，發(fā)送系統(tǒng)調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)核層中創(chuàng)建一個線程的呢？
這個可以一步步往下鉆，關(guān)鍵點最后在JVM層系統(tǒng)調(diào)用pthread_create創(chuàng)建線程。
首先是native方法: ?private native void start0();
下到Thread.c 文件，：
OpenJDK1.8源代碼第44行，方法映射；追著 JVM_StartThread 進到 jvm.cpp
linux 系統(tǒng)下的，看 src/hotspot/os/linux/os_linux.cpp
主要關(guān)注 pthread_create 這里，是通過linux 的 c庫函數(shù)完成系統(tǒng)調(diào)用，從用戶態(tài)切到內(nèi)核態(tài)完成線程的創(chuàng)建。
文中源代碼地址:
Thread.c
pthread_create
os_linux
下一篇文章介紹 Java 線程的幾種狀態(tài)的切換, 也是非常重要的知識點。
最后說下怕誤導(dǎo)大家，說下頭發(fā)不屬于結(jié)締組織。
網(wǎng)友喜歡把剪頭發(fā)說成：明天我就要去動手術(shù)了，頭部結(jié)締組織群體切割手術(shù)，祝我好運 ！
參考:
[Understanding java's native threads and the jvm]
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