Java 线程与操作系统线程

Posted 2023-02-23

【中文标题】Java 线程与操作系统线程

【英文标题】：Java Threads vs OS Threads

【发布时间】：2011-05-24 13:35:38

【问题描述】：

看起来我搞砸了 Java 线程/操作系统线程和解释语言。

在开始之前，我确实了解绿色线程是 Java 线程，其中线程由 JVM 负责，整个 Java 进程仅作为单个 OS 线程运行。因此在多处理器系统上它是无用的。

现在我的问题是。我有两个线程 A 和 B。每个线程都有 10 万行独立代码。我在多处理器系统上的 Java 程序中运行这些线程。每个线程都将被赋予一个本机操作系统线程来运行，它可以在不同的 CPU 上运行，但是由于 Java 被解释，这些线程将需要一次又一次地与 JVM 交互以将字节码转换为机器指令？我对吗 ？如果是，那么对于较小的程序，Java 线程不会是一个很大的优势？

一旦 Hotspot 编译了这两个执行路径，它们都可以和原生线程一样好？我说的对吗？

[编辑]：另一个问题是，假设您有一个 Java 线程，其代码未经过 JIT 编译，您创建该线程并 start() 吗？操作系统线程和 JVM 如何交互来运行该字节码？

谢谢

【参考方案1】：

每个线程都会被赋予一个原生操作系统 线程到 RUN 可以运行在 不同的 CPU，但由于 Java 是 解释这些线程将需要 再次与 JVM 交互 再次将字节码转换为 机器指令 ?我说的对吗？

你混合了两种不同的东西；由 VM 完成的 JIT 和 VM 提供的线程支持。在内心深处，你所做的一切都会转化为某种本机代码。使用线程的字节码指令与访问线程的 JIT 代码没有什么不同。

如果是，那么对于较小的程序 Java 线程不会是一个很大的优势？

在这里定义小。对于短暂的进程，是的，线程不会产生太大的影响，因为您的顺序执行速度足够快。请注意，这又取决于要解决的问题。对于 UI 工具包，无论应用程序多么小，都需要某种线程/异步执行来保持 UI 响应。

当您拥有可以并行运行的东西时，线程也很有意义。一个典型的例子是在线程中进行大量 IO 并在另一个中进行计算。你真的不想仅仅因为你的主线程被阻塞做 IO 而阻塞你的处理。

一旦 Hotspot 编译了这两个 执行路径都可以和 本机线程？我说的对吗？

请参阅我的第一点。

线程确实不是灵丹妙药，尤其是当涉及到“使用线程使代码运行得更快”这一常见误解时。一点阅读和经验将是你最好的选择。我可以推荐一份this awesome book 的副本吗？ :-)

@Sanjay：事实上，我现在可以重新构建我的 题。如果我有一个线程 代码尚未经过 JIT 处理 操作系统线程执行它？

我再说一遍，线程是与 JIT 完全不同的概念。让我们试着简单地看一下程序的执行：

java pkg.MyClass -> VM 定位方法 要运行 -> 开始执行 逐行方法的字节码-> 将每个字节码指令转换为 它的原生对应物 -> 指令 由操作系统执行 -> 执行的指令 通过机器

当 JIT 启动时：

java pkg.MyClass -> VM 定位方法 运行 已经过 JIT 的 -> 找到相关的 native 代码 对于那个方法->指令 由操作系统执行 -> 执行的指令 通过机器

如您所见，无论您遵循何种路线，VM 指令都必须在某个时间点映射到其本地对应项。是否存储该本机代码以供进一步重用或在其他情况下丢弃（优化，记得吗？）。

因此回答您的问题，每当您编写线程代码时，它 被翻译为本机代码并由操作系统运行。翻译是即时完成还是在那个时间点查找是完全不同的问题。

【讨论】：

抱歉咆哮，这个答案比预期的要长得多。 ;-)

@Sanjay：如果我做对了，JIT 甚至会在线程第一次执行之前完成？本质上，JVM 首先为两个独立线程执行 JIT，然后转发到 OS 线程执行？

@Geek：如前所述，JIT 和线程执行是两个正交的问题。是的，线程即将执行的一段代码很可能已经被虚拟机进行了 JIT 处理。此外，没有执行的转发。当在 Thread 对象上调用start() 方法时，会创建一个新的本机 OS 线程，“Java 线程”和“OS 线程”之间没有转发。此外，JIT 不是强制性的。您的线程当前可能正在执行未经过 JIT 处理的代码。 JIT 是一种针对性能的优化。

@Sanjay：就像您提到的“您的线程当前可能正在执行未经过 JIT 处理的代码。”那么如果是这种情况，操作系统线程如何解释字节码？它必须再次进入 JVM 吗？因此，如果线程 A、B 都必须这样做，这怎么可能是远程线程化的？它更像是顺序的。我错过了什么吗？

@Sanjay：事实上，现在我可以重新提出我的问题了。如果我有一个代码未经过 JIT 处理的线程，操作系统线程如何执行它？

【参考方案2】：

整个 Java 进程仅作为单个 OS 线程运行

这不是真的。因此没有具体说明，我们经常看到，Java 线程实际上是本地 OS 线程，而多线程 Java 应用程序确实使用了多核处理器或多处理器平台.

一个常见的建议是使用线程池，其中线程数与内核数成正比（因子 1-1.5）。这是另一个提示，JVM 不限于单个 OS 线程/进程。

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来自***：

在 Java 1.1 中，绿色线程是 JVM 使用的唯一线程模型，[4] 至少在 Solaris 上是这样。由于与原生线程相比，绿色线程有一些限制，随后的 Java 版本放弃了它们，转而支持原生线程。

现在，回到 2010 年，Java 7 正在开发中，Java 8 正在计划中 - 我们真的对历史悠久的“绿色线程”感兴趣吗？？

【讨论】：

我只讨论了 JDK i.2 之前的特定线程，称为绿色线程。

@Geek - 你“提到”了绿色线程，但你的问题是（看标题）关于 Java 线程的一般性问题。如果您只对绿色线程和 Java 1.1/1.2 感兴趣，请编辑您的问题

当然。实际上，在绿色线程的情况下，很容易理解 JVM 在运行两个线程时如何处理字节码转换，因为 JVM 拥有整个控制权。如果两个线程作为操作系统线程运行，我无法掌握它。

@Andreas_D - Java 7 有什么变化？谢谢，只有当您有时间回复时。

【参考方案3】：

某些 Java 实现可能会创建 像你这样的绿色线程描述它 （JVM在一个 单个本机线程），但正常 在 PC 上使用 Java 的实现 多核。 JVM 本身可能已经使用不同的线程来完成工作（垃圾收集、类加载、字节码验证、JIT 编译器）。 操作系统运行一个名为 JVM 的程序。 JVM 执行 Java 字节码。如果每个 Java 线程都有一个关联的本机线程（这是有道理的，并且似乎在 PC 实现上就是这种情况），那么该线程中的 JVM 代码执行 Java 代码 - JITed 或解释 - 就像在单线程上一样-程序。多线程在这里没有区别。

【参考方案4】：

线程和运行字节码是不同的问题。 JVM 在没有原生线程支持的平台上使用绿色线程。 （恕我直言，我不知道哪个平台不支持线程）。

字节码由JVM实时解释并在本机平台上执行。 JVM 决定哪些是最流行的代码片段并执行所谓的即时编译这些片段，因此它不必一次又一次地编译它们。这与线程无关。例如，如果您有一个线程在循环中执行相同的代码片段，则该片段将被即时编译器缓存。

底线：不要担心性能和线程。 Java 足够强大，可以运行您正在编码的所有内容。

【讨论】：

Solaris 上的 Java 1.0 使用绿色线程。不确定从那以后是否有人这样做，但在设计中是允许的。

所以就像你说的，如果我通过 JIT 或通过热点拥有所有代码，我可以有效地将两个 Java 线程作为两个 OS 线程运行，这很公平。但我认为 JIT 编译发生在代码的第一遍，所以当我第一次运行启动两个线程的代码时，这两个线程仍然需要被解释吗？因此，两个操作系统线程都将涉及 JVM。

据我所知，JVM 在本机线程上创建了一个瘦包装器。一个应用程序中的所有线程共享相同的内存，因此编译为本机代码的代码将在线程之间共享。

非常接近“编译为本机的代码..”所有线程相关的 RUN 函数何时会发生这种情况？它甚至在调用 RUN 方法之前发生吗？如果是这样的话，我想我理解了这个谜题:-)

我还是没完全明白。如果 java 线程 A 映射到 OS 线程 B 并且 B 被安排在 CPU 上运行，那么 B 如何从 A 获取本机代码？ JVM 是否编译字节码并将本机代码放置在一个公共位置，B 从那里不断读取本机代码并知道每当 B 获得 CPU 时间时接下来需要执行哪个语句？