Thread

kernel thread, 内核线程, KTL 内核线程, ktl 为什么需要内核线程 Linux 内核可以看作一个服务进程(管理软硬件资源，响应用户进程的种种合理以及不合理的请求). 内核需要多个执行流并行，为了防止可能的阻塞，支持多线程是必要的. 内核线程就是内核的分身，一个分身可以处理一件特定事情。内核线程的调度由内核负责，一个内核线程处于阻塞状态时不影响其他的内核线程，因为其是调度的基本单位。 这与用户线程是不一样的。因为内核线程只运行在内核态 因此，它只能使用大于P AGE_OFFSET (传统的x86_32上是3G) 的地址空间。 内核线程概述 内核线程是直接由内核本身启动的进程。内核线程实际上是将内核函数委托给独立的进程，它与内核中的其他进程"并行"执行。内核线程经常被称之为内核守护进程。 他们执行下列任务 周期性地将修改的内存页与页来源块设备同步 如果内存页很少使用，则写入交换区 管理延时任务 (Deferred work）,如:中断的下半部 实现文件系统的事务日志 内核线程主要有两种类型 线程启动后一直等待，直至内核请求线程执行某一特定操作。 线程启动后按周期性间隔运行，检测特定资源的使用，在用量超出或低于预置的限制时采取行动。 它们在CPU的管态执行，而不是用户态。 它们只可以访问虚拟地址空间的内核部分 (高于TASK_SIZE的所有地址) ，但不能访问用户空间 内核线程的进程描述符 task_struct task_struct 进程描述符中包含两个跟 进程地址空间 相关的字段 mm, active_mm struct task_struct { // ... struct mm_struct *mm; struct mm_struct *avtive_mm; //... }; 大多数计算机上系统的全部虚拟地址空间分为两个部分: 供用户态程序访问的虚拟地址空间和供内核访问的内核空间。每当内核执行上下文切换时, 虚拟地址空间的用户层部分都会切换, 以便当前运行的进程匹配, 而内核空间不会放生切换。 mm 对于普通用户进程来说，mm 指向虚拟地址空间的用户空间部分，而对于内核线程，mm 为NULL。这为优化提供了一些余地, 可遵循所谓的惰性 TLB 处理(lazy TLB handing)。 active_mm active_mm 主要用于优化，由于内核线程不与任何特定的用户层进程相关，内核并不需要倒换虚拟地址空间的用户层部分，保留旧设置即可。由于内核线程之前可能是任何用户层进程在执行，故用户空间部分的内容本质上是随机的，内核线程决不能修改其内容，故将mm设置为NULL，同时如果切换出去的是用户进程，内核将原来进程的 mm 存放在新内核线程的 active_mm 中，因为某些时候内核必须知道用户空间当前包含了什么。 惰性 TLB 进程 为什么没有 mm 指针的进程称为惰性 TLB 进程? ...

ThreadLocal ThreadLocal 是什么 弱引用 避免内存溢出的操作 开放地址法解决 hash 冲突 各种内部类 线程本地变量有时会简写为 TLV, Thread Local Variables ThreadLocal 是什么 ThreadLocal 是线程的局部变量, 也就是说这个变量是线程独有的。 通常情况下, 我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。而使用 ThreadLocal 创建的变量只能被当前线程访问, 其他线程则无法访问和修改。 变量是同一个, 但是每个线程都使用同一个初始值, 也就是使用同一个变量的一个新的副本, 这种情况下 TreadLocal 就非常有用。 应用场景: 当很多线程需要多次使用同一个对象, 并且需要该对象具有相同初始值的时候, 最适合使用TreadLocal。 事实上,从本质上讲,就是每个线程都维持一个 MAP,而这个map的key就是TreadLocal,而值就是我们set的那个值,每次线程在get的时候,都从自己的变量中取值,既然从自己的变量中取值,那就肯定不存在线程安全的问题。总体来讲,TreadLocal这个变量的状态根本没有发生变化。它仅仅是充当了一个key的角色,另外提供给每一个线程一个初始值。如果允许的话,我们自己就能实现一个这样的功能,只不过恰好JDK就已经帮助我们做了这个事情。 使用TreadLocal维护变量时, TreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立地变量副本, 所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其他线程所对应的副本。从线程的角度看,目标变量对象是线程的本地变量,这也是类名中Local所需要表达的意思。 TreadLocal的四个方法 void set(Object val),设置当前线程的线程局部变量的值 Object get () 返回当前线程所对用的线程局部变量。 void remove() 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,线程结束后,局部变量自动被GC Object initValue() 返回该线程局部变量的初始值,使用protected修饰,显然是为了让子类覆盖而设计的。 ThreadLocalMap HashMap 的数据结构是数组+链表 ThreadLocalMap的数据结构仅仅是数组 HashMap 是通过链地址法解决 hash 冲突的问题 ThreadLocalMap 是通过开放地址法来解决 hash 冲突的问题 HashMap 里面的Entry 内部类的引用都是强引用 ThreadLocalMap里面的Entry 内部类中的key 是弱引用,value 是强引用 对象存放在哪里 在Java中, 栈内存归属于单个线程, 每个线程都会有一个栈内存,其存储的变量只能在其所属线程中可见,即栈内存可以理解成线程的私有内存。而堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。 ...

Java Callable, Future 和 FutureTask 创建线程有两种方式，一种是直接继承 Thread，另外一种就是实现 Runnable 接口。 这两种方式都有一个缺陷就是: 在执行完任务之后无法获取执行结果。 如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。 而自从Java 1.5 开始，JDK 提供了 Callable 和 Future, 通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。 今天我们就来讨论一下 Callable、Future 和 FutureTask 三个类的使用方法。以下是本文的目录大纲: Callable 与 Runnable Future FutureTask 使用示例 Callable 与 Runnable java.lang.Runnable 是一个接口，里面只声明了一个 run() 方法 public interface Runnable { public abstract void run(); } 由于run()方法返回值为void类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。 Callable 位于 java.util.concurrent 包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做 call(): public interface Callable<V> { V call() throws Exception; } 可以看到，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。 那么怎么使用 Callable 呢？ 一般情况下是配合 ExecutorService 来使用的，在 ExecutorService 接口中声明了若干个 submit 方法的重载版本: ...

Java Thread/线程 java的线程是映射到操作系统原生线程之上的 java线程阻塞的代价 java的线程是映射到操作系统原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入，需要在户态与核心态之间切换，这种切换会消耗大量的系统资源，因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间，专用的寄存器等，用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核，内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等，以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。 如果线程状态切换是一个高频操作时，这将会消耗很多CPU处理时间； 如果对于那些需要同步的简单的代码块，获取锁挂起操作消耗的时间比用户代码执行的时间还要长，这种同步策略显然非常糟糕的。 线程状态 线程共包括以下5种状态。 新建状态 (New): 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。 就绪状态(Runnable): 也被称为 “可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。 运行状态(Running): 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。 阻塞状态(Blocked): 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种: 等待阻塞 – 通过调用线程的 wait() 方法，让线程等待某工作的完成。 同步阻塞 – 线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。 其他阻塞 – 通过调用线程的 sleep() 或 join() 或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。 死亡状态(Dead): 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。 这 5 种状态涉及到的内容包括 Object 类, Thread 类, 和 synchronized 关键字。 这些内容我们会在后面的章节中逐个进行学习。 Object 类，定义了 wait(), notify(), notifyAll( ) 等休眠/唤醒函数。 Thread 类，定义了一些列的线程操作函数。例如，sleep() 休眠函数, interrupt() 中断函数, getName() 获取线程名称等。 synchronized，是关键字；它区分为 synchronized 代码块和 synchronized 方法。 synchronized 的作用是让线程获取对象的同步锁。 在后面详细介绍 wait(), notify() 等方法时，我们会分析为什么 “wait(), notify() 等方法要定义在 Object 类，而不是 Thread 类中” ...

Java 线程池, thread pool, Executors, ThreadPoolExecutor Executors ThreadPoolExecutor ExecutorService 在 Java 1.5 引入 ExecutorService 之后，基本上已经不建议直接创建 Thread 对象，而是统一使用 ExecutorService。毕竟从接口的易用程度上来说 ExecutorService 就远胜于原始的 Thread，更不用提 java.util.concurrent 提供的数种线程池，Future 类，Lock 类等各种便利工具。 在操作系统中，线程是一个非常重要的资源，频繁创建和销毁线程会降低系统性能。Java 线程池原理类似于数据库连接池，目的就是帮助我们实现线程复用，减少频繁创建和销毁线程。ThreadPoolExecutor Executors Executors 提供了一些创建线程池的工具方法。 ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor() 源码实现: new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()) corePoolSize 和maximumPoolSize都为1，也就是创建了一个固定大小是1的线程池，workQueue是 new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 也就是队列的大小是Integer.MAX_VALUE，可以认为是队列的大小不限制。 由此可以得出通过该方法创建的线程池，每次只能同时运行一个线程，当有多个任务同时提交时，那也要一个一个排队执行。 Executors.newFixedThreadPool(int nThreads) 源码实现: new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()) 类似Executors.newSingleThreadExecutor()也是创建了一个固定大小的线程池，但是可以指定同时运行的线程数量为nThreads。 Executors.newCachedThreadPool() 源码实现: new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue()) ...