一、了解 历程、线程模型

每次学习一个新技术，我会先去了解这个技术的背景，这个过程看似 浪费 工夫，其 着实后续的学习过程中， 能够 增进 了解众多问题 。所以关于线程这个概念，我会先从操作系统讲起 。因为操作系统的进展带来了软件层面的 改造 。

从多线程的进展来看， 能够操作系统的进展分为三个历史阶段：

• 真空管和穿孔卡片
• 晶体管和批 解决系统
• 集成电路和多道程序设计

最早的计算机不得不解决 容易的数学运算问题， 比方正弦、余弦等 。运行 模式：程序员首先把程序写到纸上， 而后穿孔成卡票，再把卡片盒带入到专门的输入室 。输入室会有专门的操作员将卡片的程序输入到计算机上 。计算机运行完当前的 使命以后，把计算 后果从打印机上进行输出，操作员再把打印出来的 后果送入到输出室，程序员就 能够从输出室取到 后果 。 而后，操作员再 接续从已经送入到输入室的卡片盒中读入另一个 使命 反复上述的步骤 。

操作员在机房里面来回调度资源，造成计算机存在大量的空暇状态  。而当时的计算机是十分高昂的，人们为了削减这种资源的 浪费 。就采纳了 批 解决系统来解决

批 解决操作系统的运行 模式：在输入室收集所有的作业， 而后用一台 比较廉价的计算机把它们读取到磁带上 。 而后把磁带输入到计算机，计算机通过读取磁带的指令来进行运算，最终把 后果输出磁带上 。批 解决操作系统的 好处在于，计算机会向来处于运算状态， 正当的利用了计算机资源 。(运行流程如下图所示)

P7架构师带你 深刻了解线程的进展历史

(注：此图 起源于现代操作系统)

批 解决操作系统 固然 能够解 决心算机的空暇问题，然而当某一个作业因为期待磁盘或者 其余I/O操作而暂停，那CPU就不得不堵塞直到该I/O 实现，关于CPU操作密集型的程序，I/O操作 绝对较少， 因而 浪费的 工夫也很少 。然而关于I/O操作较多的场景来说，CPU的资源是属于严峻 浪费的 。

多道程序设计的浮现解决了这个问题，便是把内存分为几个 部分，每一个 部分放不同的程序 。当一个程序需求期待I/O操作 实现时 。那么CPU 能够切换执行内存中的另外一个程序 。假如内存中 能够同时 存放足够多的程序，那CPU的利用率 能够接近100% 。

在这个时候，引入了第一个概念- 历程, 历程的 性质是一个正在执行的程序，程序运行时系统会 创立一个 历程，而且给每个 历程 调配独立的内存地址空间 保障每个 历程地址不会 彼此 烦扰 。同时，在CPU对 历程做 工夫片的切换时， 保障 历程切换过程中 依然要从 历程切换之前运行的位置出开始执行 。所以 历程通常还会包含程序计数器、堆栈指针 。

有了 历程以后， 能够让操作系统从宏观层面实现多 利用并发 。而并发的实现是通过CPU 工夫片不端切换执行的 。关于单核CPU来说，在任意一个时刻只会有一个 历程在被CPU调度

有了 历程以后，为何还会浮现线程呢？

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在一个 利用 历程中，会存在多个同时执行的 使命，假如其中一个 使命被堵塞，将会引起不依赖该 使命的 使命也被堵塞 。举个具体的例子来说，我们寻常用word文档编辑内容的时候，都会有一个自动 保留的 性能，这个 性能的作用是，当计算机浮现故障的状况下假如消费者未 保留文档，则 能够 复原到上一次自动 保留的点 。 假如word的自动 保留因为磁盘问题招致写入较慢，势必会影响到消费者的文档编辑 性能，直到磁盘写入 实现消费者才可编辑，这种体验是很差的 。假如我们把一个 历程中的多个 使命通过线程的 模式进行隔离，那么依照前面提到的 历程演进的 实际来说，在单核心CPU架构中 能够通过CPU的 工夫片切换实现线程的调度 充足利用CPU资源以达到最大的性能 。

我们用了 比较长的篇幅介绍了 历程、线程进展的历史 。总的来说是人们关于计算机的要求越来越高；关于计算机 本身的资源的利用率也在不停 遍及 。

二、线程的优势

前面 综合了线程的进展历史，这里 容易总结一下线程有的优势如下

• 线程 能够认为是轻量级的 历程，所以线程的 创立、销毁要比 历程更快
• 从性能上考量，假如 历程中存在大量的I/O 解决，通过多线程 能够加速 利用程序的执行速度(通过CPU 工夫片的 快捷切换) 。
• 因为线程是CPU的最小调度单元，所以在多CPU架构中 能够实现真正的并行执行 。每一个CPU 能够调度一个线程

这里有两个概念众多人没有搞清楚，便是并行和并发

并行：同时执行多个 使命，在多核心CPU架构中，一个CPU核心运行一个线程，那么4核心CPU， 能够同时执行4个线程

并发：同 解决多个 使命的 威力,通常我们会通过TPS或者QPS来 示意某某系统 支撑的并发数是多少 。

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总的来说，并行是并发的子集 。也便是说我们 能够写一个 占有多线程并行的程序，假如在没有多核心CPU来执行这些线程，那就不能以并行的 模式来运行程序中的多个线程 。所以并发程序 能够是并行的，也 能够不是 。Erlang之父Joe Armstrong通过一张图型的 模式来解释并发和并行的区别，图片如下

P7架构师带你 深刻了解线程的进展历史

三、线程的生命周期

线程是存在生命周期的，从线程的 创立到销毁，可能会 经历6种不同的状态，然而在一个时刻线程不得不处于其中一种状态

• NEW：初始状态，线程被 创立时候的状态，还没有调用start 步骤
• RUNNABLE：运行状态，运行状态包含就绪和运行两种状态，因为线程启动以后，并不是马上执行，而是需求通过调度去 调配CPU 工夫片
• BLOCKED：堵塞状态，当线程去 拜访一个加锁的 步骤时，假如已经有 其余线程 获得锁，那么当 火线程会处于堵塞状态
• WAITING：期待状态，设置线程进入期待状态期待 其余线程做一些特定的动作进行触发
• TIME_WAITING：超 时代待状态，和WAITING状态的区别在于超时以后自动返回
• TERMINATED：终止状态，线程执行 结束

下图 整顿了线程的状态变更过程及变更的操作，每一个具体的操作原理，我会在后续的文章中进行 详尽 综合 。

P7架构师带你 深刻了解线程的进展历史

这里有一个问题大家可能搞不清楚，BLOCKED和WAITING这两个堵塞有什么区别？

• BLOCKED状态是指当 火线程在期待一个猎取锁的操作时的状态 。
• WAITING是通过Object.wait或者Thread.join、LockSupport.park等操作实现的
• BLOCKED是被动的标记，而WAITING是 积极操作
• 假如说得再 深刻丝毫，处于WAITING状态的线程，被唤醒以后，需求进入同步队列去竞争锁操作，而在同步队列中，假如已经有 其余线程持有锁，则线程会处于BLOCKED状态 。所以 能够说BLOCKED状态是处于WAITING状态的线程再一次唤醒的必经的状态

四、线程的 利用场景

线程的浮现，在多核心CPU架构下实现了真正 意思上的并行执行 。也便是说，一个 历程内多个 使命 能够通过多线程并行执行来 遍及程序运行的性能 。那线程的 使用场景有哪些呢？

• 执行 后盾 使命，在众多场景中，可能会有一些定时的批量 使命， 比方定时发送短信、定时生成批量文件 。在这些场景中 能够通过多线程的来执行
• 异步 解决， 比方在消费者注册 顺利以后给消费者发送优惠券或者短信， 能够通过异步的 模式来执行，一方面 晋升主程序的执行性能；另一方面 能够解耦核心 性能， 预防非核心 性能对核心 性能造成影响
• 分布式 解决， 比方fork/join，将一个 使命拆分成多个子 使命分别执行
• BIO模型中的线程 使命 散发，也是一种 比较常见的 使用场景，一个 申请对应一个线程

正当的利用多线程， 能够 晋升程序的吞吐量 。同时，还 能够通过添加CPU的核心数来 晋升程序的性能，这就体现了伸缩性的特色

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