Java线程和操作系统线程的关系解读

Java线程和操作系统线程的关系解读

Java语言的线程概念是建立在操作系统线程概念之上的，因此Java线程和操作系统线程之间存在着紧密的联系和依赖关系。

Java线程

Java中线程是由Java虚拟机(JVM)进行管理和调度的。每个Java线程都是由JVM虚拟机中一个线程对象(Thread)来描述的，线程对象需要包含下述属性：

• 线程状态：Java线程在JVM中有其独立的状态。

• 线程优先级：Java线程在JVM中可能会拥有不同的优先级。

• 线程ID：线程在JVM中的唯一标识。

• 栈信息：Java线程的执行栈信息。

Java线程的生命周期由JVM进行管理和调度，所以Java线程是跨平台的。

操作系统线程

操作系统定义了自己的线程模型和调度算法。通常情况下，操作系统的线程被称为内核线程(kernel thread)或轻量级进程(lightweight process)。

内核线程是由操作系统对应的线程结构来描述的。每个内核线程都是由操作系统分配的唯一标识，其中需要包含下述属性：

• 线程状态：内核线程在操作系统中有其独立的状态。

• 线程优先级：内核线程在操作系统中可能会拥有不同的优先级。

• 线程ID：线程在操作系统中的唯一标识。

• 栈信息：内核线程的执行栈信息。

操作系统的线程是直接由操作系统内核来管理和调度的，因此操作系统线程是与操作系统相关的，不同操作系统的线程机制和调度算法是不同的。

Java线程和操作系统线程的关系

Java虚拟机是运行在操作系统之上的，因此Java线程和操作系统线程之间本质上是存在对应关系的。Java线程通过JVM虚拟机对应到底层的操作系统线程，而操作系统线程则为Java线程提供底层的执行服务。

Java虚拟机中的Java线程通过实现类似于C语言中的pthread库的接口的方式来调用底层的操作系统线程，Java线程的运行状态以及执行栈都是存储在操作系统的线程结构中，操作系统根据CPU调度算法来实现不同线程的切换。

下面通过两个简单的示例来解释Java线程和操作系统线程之间的关系。

示例一

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Inside run method " + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String args[]) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
        System.out.println("Inside main method " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

在这个示例中，我们通过定义一个继承自Thread类的子类来创建了一个Java线程。在run方法中输出当前线程名字，同时在main方法中同样输出当前线程名字。

执行结果为：

Inside main method main
Inside run method Thread-0

从结果来看，Thread-0是Java线程的ID，main是主线程的名字。Java线程执行的过程中，操作系统线程也会相应地执行相应的任务。

示例二

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        int i = 1;
        while(true) {
            System.out.println("Inside run method " + Thread.currentThread().getName() + ": "+ i++);
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Main thread is over");
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个死循环的Java线程，并在main方法中通过sleep方法来等待1秒，之后退出主线程。

我们可以通过ps命令在命令行中查看到Java应用程序对应的进程以及创建的操作系统线程：

$ ps -T -p [pid]

  PID  SPID TTY          TIME CMD
 2921  2964 ?        00:00:06 java
 2921  2965 ?        00:00:00 Finalizer
 2921  2966 ?        00:00:00 Signal Dispatcher
 2921  2967 ?        00:00:00 Reference Handler
 2921  2991 ?        00:00:00 Thread-0

从结果可以看到，在Java应用程序的进程中，除了主线程之外，还存在着Finalizer、Signal Dispatcher、Reference Handler和Thread-0等四个操作系统线程，其中Thread-0就是我们创建的Java线程对应的操作系统线程。Java线程和操作系统线程之间的关系通过JVM来管理和调度，使得Java线程可以跨平台运行，同时也使得Java线程的创建、销毁和调度过程都涉及到了操作系统线程的操作。