线程的生命周期及调度机制

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一、操作系统层面线程生命周期

操作系统层面的线程生命周期基本上可以用下图这个“五态模型”来描述。这五态分别是:初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态和终止状态

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  1. 初始状态,指的是线程已经被创建,但是还不允许分配 CPU 执行。这个状态属于编程语言特有的,不过这里所谓的被创建,仅仅是在编程语言层面被创建,而在操作系统层面,真正的线程还没有创建。
  2. 可运行状态,指的是线程可以分配 CPU 执行。在这种状态下,真正的操作系统线程已经被成功创建了,所以可以分配 CPU 执行。
  3. 当有空闲的 CPU 时,操作系统会将其分配给一个处于可运行状态的线程,被分配到CPU 的线程的状态就转换成了运行状态
  4. 运行状态的线程如果调用一个阻塞的 API(例如以阻塞方式读文件)或者等待某个事件(例如条件变量),那么线程的状态就会转换到休眠状态,同时释放 CPU 使用权,休眠状态的线程永远没有机会获得 CPU 使用权。当等待的事件出现了,线程就会从休眠状态转换到可运行状态。
  5. 线程执行完或者出现异常就会进入终止状态,终止状态的线程不会切换到其他任何状态,进入终止状态也就意味着线程的生命周期结束了。

Java中线程的状态有6种:java.lang.Thread.State(NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED

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二、协程

协程,英文Coroutines, 是一种基于线程之上,但又比线程更加轻量级的存在,协程不是被操作系统内核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用户态执行),具有对内核来说不可见的特性。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升,不会像线程切换那样消耗资源

协程的特点在于是一个线程执行,那和多线程比,协程有何优势?

  • 线程的切换由操作系统调度,协程由用户自己进行调度,因此减少了上下文切换,提高了效率。

  • 线程的切换由操作系统调度,协程由用户自己进行调度,因此减少了上下文切换,提高了效率。

  • 不需要多线程的锁机制:因为只有一个线程,也不存在同时写变量冲突,在协程中控制共享资源不加锁,只需要判断状态就好了,所以执行效率比多线程高很多。

注意: 协程适用于被阻塞的,且需要大量并发的场景(网络io)。不适合大量计算的场景。

三、Java线程的调度机制

线程调度是指系统为线程分配处理器使用权的过程,主要调度方式分两种,分别是协同式线程调度和抢占式线程调度。

1、协同式线程调度

线程执行时间由线程本身来控制,线程把自己的工作执行完之后,要主动通知系统切换到另外一个线程上。最大好处是实现简单,且切换操作对线程自己是可知的,没啥线程同步问题。坏处是线程执行时间不可控制,如果一个线程有问题,可能一直阻塞在那里。

2、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(Java中,Thread.yield()可以让出执行时间,但无法获取执行时间)。线程执行时间系统可控,也不会有一个线程导致整个进程阻塞。

Java线程调度就是抢占式调度