朝花夕拾

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Java 线程模型 ​

1.线程模型 ​

  1. 用户态线程 (User-Level Thread)

jdk 1.0 的早期实现，完全由 JVM 在用户空间管理

  • 轻量级：创建和销毁成本低，线程切换、调度开销小、速度快
  • 不可见的阻塞：一个用户线程阻塞会导致整个进程阻塞（内核视角只有单线程）
  1. 内核态线程 (Kernel-Level Thread)

Java 1.2 引入，HotSpot 采用此模型，Java 线程 1:1 映射到内核线程，由操作系统内核直接管理

  • 性能：线程切换、调度需要内核参与，涉及上下文切换，开销大
  • 并行性：多核 CPU 可真正并行执行
  1. 混合模型 （协程）

jdk 21 提供虚拟线程（Virtual Threads）,本质上是协程的一种实现

  • 本质：大量的用户态线程（虚拟线程）映射到少量的载体线程（ForkJoinPool内核线程）
  • 优势：兼容现有 Thread API,无需关注协程底层即可适应高并发场景，避免上下文切换开销
  • 场景：适合 I/O 密集型场景，例如网络服务、数据库访问等

2. JVM 创建 Native Thread 的流程 ​

当调用 new Thread().start() 时：

  • JAVA 创建一个 Thread 对象，初始化栈大小、优先级等参数
  • JVM 内部检查线程参数 （如 -Xss 栈大小），调用 pthread_create (Linux) 或 CreateThread (Windows) 等操作系统 API 创建线程
  • 新创建的 Native Thread 执行入口函数 (如 hotsopt/src/os/linux/vm/os_linux.cpp 中的 java_start 函数)， 初始化线程的 栈帧、程序计数器、寄存器状态，并关联 Java 层的 Thread 对象
  • Native Thread 跳转到 Java Thread 的 run() 方法的机器码入口，开始执行用户代码

3. Java 线程与 Native Thread 的映射细节 ​

线程本地存储

  • 通过 ThraedLocal 存储的变量，保存在 Java Thread 对象内部（通过 ThreadLocalMap 维护）
  • Native Thread 的 TLS 中存储了 JVM 内部线程结构指针，用于快速定位 Java 层状态

线程中断

  • 当调用 Thread.interrupt() 并不会直接操作 Native Thread,而是设置 Thread 对象的中断状态位
  • 如果 Native Thread 因 wait()、sleep() 等阻塞时，JVM 注入中断信号（如 Linux 的SIGINT）唤醒线程，抛出 InterruptedException

JNI线程附加

  • 当 Native 代码通过 JNI 调用 AttachCurrentThread(), JVM 会将当前 Native Thread 绑定到新的 Java Thread 对象
  • 该线程会被 JVM 视为活动的 Java 线程，直到显示调用 DetachCurrentThread()

4. 性能与限制 ​

  • 每个 Native Thread 需要独立的内核栈 （通常 1~8 MB）和上下文切换成本
  • Native Thread 数量受操作系统的线程数上限限制

虚拟线程

JDK19+ 引入了虚拟线程，多由 JVM 管理，多个虚拟线程复用一个 Native Thread，创建和调度开销都很小

Java 线程生命周期 ​

线程生命周期.png