线程理论：（二）Java与线程
一、线程的实现
线程是比进程更轻量级的调度执行单位，各个线程既可以共享进程资源（内存地址、文件I/O等），又可以独立调度（线程是CPU调度的基本单位）。
线程的实现主要有如下3种方式：
1）使用内核线程实现
内核线程（KLT）就是直接由操作系统内核支持的线程，这种线程由内核来完成线程切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，并负责将线程的任务映射到各个处理器上。
程序一般不会直接去使用内核线程，而是去使用内核线程的一种高级接口——轻量级进程（LWP），我们通常意义上所讲的线程。只有先支持内核线程，才能有轻量级进程。
这种轻量级进程与内核线程之间 1:1 的关系称为一对一的线程模型，如下图。
由于内核线程的支持，每个轻量级进程都成为一个独立的调度单元，即使有一个轻量级进程在系统调用中阻塞了，也不会影响整个进程继续工作，但是轻量级进程具有它的局限性：
首先，由于是基于内核线程实现的，所以各种线程操作，如创建、析构及同步，都需要进行系统调用。而系统调用的代价相对较高，需要在用户态（User Mode）和内核态（Kernel Mode）中来回切换。
其次，每个轻量级进程都需要有一个内核线程的支持，因此轻量级进程要消耗一定的内核资源，因此一个系统支持轻量级进程的数量是有限的。
2）使用用户线程实现
用户线程（UT）指的是完全建立在用户空间的线程库上，系统内核不能感知线程存在的实现。这种进程与用户线程之间 1：N 的关系称为一对多的线程模型，如下图。
优势：用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成，不需要内核的帮助。如果程序实现得当，这种线程不需要切换到内核态，因此操作可以是非常快速且低消耗的，也可以支持规模更大的线程数量，部分高性能数据库中的多线程就是由用户线程实现的。
劣势：没有系统内核的支援，所有的线程操作都需要用户程序自己处理，线程的创建、切换、调度都是需要考虑的问题。
3）使用用户线程加轻量级进程混合实现
在这种混合实现下，既存在用户线程，也存在轻量级进程。用户线程还是完全建立在用户空间中，因此用户线程的创建、切换、析构等操作依然廉价，并且可以支持大规模的用户线程并发。而操作系统提供支持的轻量级进程则作为用户线程和内核线程之间的桥梁，这样可以使用内核提供的线程调度功能及处理器映射，并且用户线程的系统调用要通过轻量级线程来完成，大大降低了整个进程被完全阻塞的风险。
在这种混合模式中，用户线程与轻量级进程的数量比是不定的，即为N：M的关系，如下图。
4）Java线程的实现
对于Sun JDK来说，它的Windows版与Linux版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系统提供的线程模型就是一对一的。
二、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，主要调度方式有两种：
协同式线程调度 —— 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。如果一个线程编写有问题，一直不告知系统进行线程切换，那么程序就会一直阻塞在那里，一个进程坚持不让出CPU执行时间就可能会导致整个系统崩溃。
抢占式线程调度 —— 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。线程的执行时间是系统可控的，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，当一个进程出了问题，可以使用任务管理器把这个进程“杀掉”，而不至于导致系统崩溃。
虽然Java线程调度是系统自动完成的，但是我们还是可以通过设置线程优先级来“建议”系统给线程分配执行时间的多少。Java语言一共设置了10个级别的线程优先级，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的线程是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。操作系统线程优先级的概念并不见得能与Java线程的优先级一一对应，比Java线程优先级多的中间留下一点空位，比Java线程优先级少的系统，就不得不出现几个优先级相同的情况了。
三、状态转换
Java语言定义了5种线程状态，在任意一个时间点，一个线程只能有且只有其中的一种状态，这5种状态分别如下。
1）新建（New）：创建后尚未启动的线程。
2）运行（Runable）：Runable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready，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为它分配执行时间。
3）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，它们要等待被其他线程显式地唤醒。
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。
3）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，不过无须等待被其他线程显式地唤醒，在一定时间之后它们会由系统自动唤醒。
以下方法会让线程进入限期等待状态：
- Thread.sleep（）方法。
- 设置了Timeout参数的Object.wait()方法。
- 设置了Timeout参数的Thread.join()方法。
- LockSupport.parkNanos()方法。
- LockSupport.parkUntil()方法。
4）阻塞（Blocked）：线程被阻塞了。在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态。
“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他锁，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。
5）结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。
上述5种状态在遇到特定事件发生的时候将会互相转换，它们的转换关系如下图。
参考链接：
https://www.cnblogs.com/huhx/articles/learnjavathread.html
https://blog.csdn.net/sunxianghuang/article/details/51920794
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