1、知识总览

2、什么是线程，为什么要引入线程

在引入进程之前，系统中各个程序只能串行执行；引入进程之后，系统中各个进程之间可以并发执行；

比如QQ程序，QQ可以用来视频、文字聊天、传送文件等；在操作系统中，进程是程序的一次执行，但这些功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的；如果是顺序处理，则视频与文字聊天是不可能同时发生的；

有的进程可能需要“同时”做很多事情，而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此，引入了“线程”来增加并发度；

传统的进程是程序执行流的最小单位，也就是说CPU处理的是一个个进程；在进程中引入了线程后，CPU的调度服务对象不再是进程，而是进程中的线程，每一个进程中可能包含多个线程，CPU会轮流地为线程进行服务；

一个进程可以细分为多个线程，通过线程的并发执行。QQ就能同时进行文字发送和视频聊天；

引入了线程机制后，线程成为了程序执行流的最小单位；

可以把线程理解为“轻量级的进程”，线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位；

引入线程之后，不仅进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发性，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件等）；

引入线程之后，进程不再是程序执行流的最小单元，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）；

3、引入线程机制后，有什么变化

资源分配、调度：

传统进程机制中，进程是资源分配、调度的基本单位；
引入线程后，进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位；

并发性：

传统进程机制中，只能进程间并发；
引入线程后，各线程间也能并发，提升了并发度；

系统开销：

传统的进程间并发，需要切换进程的运行环境，系统开销很大；
线程间并发，如果是同一进程内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小；
引入线程后，并发所带来的的系统开销减小；

类比：去图书馆看书

切换进程环境：有一个不认识的人要用桌子，需要把自己的书收走，他把自己的书放到桌子上；
同一进程内的线程切换 == 你的舍友要用这张书桌，可以不把桌子上的书收走；

4、线程有哪些重要的属性

线程是处理机调度的单位；
多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU；
每个线程都有一个线程ID、线程控制块TCB；
线程也有就绪、堵塞、运行三种基本状态；
线程几乎不拥有系统资源；
同一进程的不同线程间共享进程的资源；
由于共享内存地址空间，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干预；
同一进程中的线程切换，不会引起进程切换；
不同进程中的线程切换，会引起进程切换；
切换同进程内的线程，系统开销很小；
切换进程，系统开销较大；

5、线程的实现方式

线程的实现方式有两种：用户级线程和内核级线程；

5.1 用户级线程

用户级线程是由应用程序通过线程库实现；

所有的线程管理工作都由应用程序负责（包括线程切换）；

用户级线程中，线程切换可以在用户态下即可完成，无需操作系统干预；

在用户看来，是有多个线程，但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。（用户级线程对用户不透明，对操作系统透明）；

可以这样理解，“用户级线程”就是“从用户视角看能看到的线程”
；

5.2 内核级线程

内核级线程，又称“内核支持的线程”；

内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成；

可以这样理解，“内核级线程”就是“从操作系统内核视角能看到的线程”；

有的操作系统支持用户级线程，有的操作系统支持内核级线程；在同时支持用户级线程的系统中，可采用二者结合的方式：将n个用户线程映射到m个内核线程上(n>=m)；

重点重点重点：

操作系统只看得见内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位；

6、多线程模型

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题；

多线程模型分为三种：

多对一模型：多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程只对应一个内核级线程；
- 优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高；
- 缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行；
一对一模型：一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程；
- 优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行；
- 缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大；
多对多模型：n用户及线程映射到m个内核级线程（n>=m）。每个用户进程对应m个内核级线程；
- 克服了多对一模型并发度不高的缺点，又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点；

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