Java線程與Linux內核線程的映射關系

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Linux從內核2.6開始使用NPTL （Native POSIX Thread Library）支持，但這時線程本質上還輕量級進程。

 

Java里的線程是由JVM來管理的。它怎樣相應到操作系統的線程是由JVM的實現來確定的。

Linux 2.6上的HotSpot使用了NPTL機制，JVM線程跟內核輕量級進程有一一相應的關系。線程的調度全然交給了操作系統內核。當然jvm還保留一些策略足以影響到其內部的線程調度。舉個樣例。在linux下，僅僅要一個Thread.run就會調用一個fork產生一個線程。

Java線程在Windows及Linux平台上的實現方式，如今看來，是內核線程的實現方式。這樣的方式實現的線程，是直接由操作系統內核支持的——由內核完畢線程切換，內核通過操縱調度器（Thread Scheduler）實現線程調度，並將線程任務反映到各個處理器上。內核線程是內核的一個分身。程序一般不直接使用該內核線程，而是使用其高級接口，即輕量級進程（LWP）。也即線程。

這看起來可能非常拗口。看圖：

（說明：KLT即內核線程Kernel Thread，是“內核分身”。

每個KLT相應到進程P中的某一個輕量級進程LWP（也即線程）。期間要經過用戶態、內核態的切換，並在Thread Scheduler 下反應到處理器CPU上。）

        這樣的線程實現的方式也有它的缺陷：在程序面上使用內核線程，必定在操作系統上多次來回切換用戶態及內核態；另外，由於是一對一的線程模型，LWP的支持數是有限的。

對於一個大型程序。我們能夠 開辟的線程數量至少等於執行機器的cpu內核數量。

java程序里我們能夠通過以下的一行代碼得到這個數量：

Runtime.getRuntime().availableProcessors();

   

所以最小線程數量即時cpu內核數量。假設全部的任務都是計算密集型的，這個最小線程數量就是我們須要的線程數。開辟很多其它的線程僅僅會影響程序的性能，由於線程之間的切換工作。會消耗額外的資源。假設任務是IO密集型的任務。我們能夠開辟很多其它的線程運行任務。當一個任務運行IO操作的時候。線程將會被堵塞，處理器立馬會切換到另外一個合適的線程去運行。

假設我們僅僅擁有與內核數量一樣多的線程。即使我們有任務要運行，他們也不能運行。由於處理器沒有能夠用來調度的線程。

            假設線程有50%的時間被堵塞，線程的數量就應該是內核數量的2倍。假設更少的比例被堵塞。那么它們就是計算密集型的。則須要開辟較少的線程。

假設有很多其它的時間被堵塞。那么就是IO密集型的程序，則能夠開辟很多其它的線程。

於是我們能夠得到以下的線程數量計算公式：

線程數量=內核數量 / （1 - 堵塞率）