并发知识体系

知识体系结构

知识图谱

4个部分（按颜色）：

1. 红色：解决方案层面知识，也是对并发编程的整体认知
2. 紫色：JVM底层知识
3. 橘黄色：操作系统部分底层知识
4. 绿色和蓝色：工具、框架、应用类知识

基本功

进程和线程：知识脑图

内核级线程和用户级线程

内核是应用程序和硬件沟通的桥梁

如果Java使用用户级线程：每个进程内的线程只能用一个核的计算资源

• 红色是主线程，绿色是由我们创建的线程
• 操作系统只知道有主线程（红色）的存在，只会分配一个核
• 其他线程只能共用红色线程的资源（一个核）

• 所以JDK1.1版本后，不再采用这个模型

  所有Java线程都由内核调度模型

  

• 内核感知所有线程，所有线程都在内核线程表里

  • JVM创建线程是调用的操作系统API，是内核提供的线程调用
• 所有线程竞争CPU的核心
• n-m映射关系
  • 在Linux是1-1，每个Java线程，都有一个内核级线程与之对应
  • 在其他机器上，为了节约调度内存开销，不一定是1比1

• JVM的线程不知道有内核的线程存在，认为自己就是真实线程（JVM实现）

  总结：Java采用用户-内核级线程映射

• 总体来说是内核级线程

线程的状态

三大基本状态：运行、就绪、休眠

• Running
• Ready

• Sleeping：Blocking也是Sleeping的一种

  Java的线程模型

• 状态转换图
  

• 特有状态：
  • NEW：构造函数执行完，线程就会到RUNNABLE状态
  • TERMINATED：程序执行完了
• RUNNABLE：对应排队和执行(Ready和Running)

• WAITING/TIME_WAITING/BLOCKED：对应休眠

  • WAITING：线程间互相等待信号（Signal）
  • TIME_WAITING：定时休眠，时间到了恢复为Runnable
  • BLOCKED：发生I/O请求，或者锁，就会进入BLOCKED，等待I/O完成或者获得锁

    思考

• Thread.join是哪种状态？

  • WAITING：等待另外一个线程通知自己
• Thread.sleep是哪种状态
  • TIME_WAITING
• 网络请求是哪种状态？
  • 在Linux系统中，被抽象为文件操作，其实是socket文件操作，属于IO
  • 所以是BLOCKED

线程的切换

线程是执行单位

• 线程不拥有资源，线程负责计算

• ThreadLocal

  • 看到的其实是进程给所有线程看到的共享空间
  • Java语言做了限制，看上去是看到线程独有的，其实类似于一个HashMap，以线程作为hash

    线程切换，也叫Context Switch

• 保存当前线程的状态（CPU寄存器的值）

  • 为什么叫Context Switch
  • 因为切换的是CPU的上下文
  • CPU的上下文就是那些寄存器
• 重新执行调度程序（操作系统的），重新选择其他线程执行

• Context Switch图解

  

  • 中断可能是主动触发，也可能被动触发
    • 主动：Thread.sleep/wait，请求IO，join，抛出异常 …
    • 被动：其他高优先级任务需要马上执行
  • CPU触发中断后操作系统接管这个中断，帮助线程保存寄存器
    • 这个任务只能操作系统去做，因为可能是被动触发
  • OS调度线程B，恢复线程B的寄存器
  • OS终端处理/调度都是简短、高效的汇编程序