什么是线程，为什么要引入线程？

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的执行一系列的程序，为此，引入了 “线程” ，来增加并发度。

可以把线程理解为 轻量级进程，线程是可以基本的 CPU 执行单位，也是程序执行流的最小单位，引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各个线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务。

引入线程后，进程只作为除 CPU 之外的系统资源的分配单元。

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，而引入线程后，进程是资源分配的基本单位，线程是调用的基本单位。

并发性

传统进程机制中，只能进程间并发，引入线程之后，各个线程之间，也能并发，提升并发度。

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，线程间的并发，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，引入线程之后，并发所带来的系统开销减小。

线程的实现方式

用户级线程

在早期，操作系统还不支持线程的时候，当时的 “线程” 是由线程库实现的。

用户线程指不需要内核支持而在用户程序中实现的线程，不依赖操作系统核心，程序利用线程库提供创建、同步、调用和管理线程的函数来控制用户线程。

用户级线程有以下特点：

1、用户级线程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)。

2、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。

3、在用户看来，是有多个线程，但是在操作系统内核来看，是意识不到线程的存在。用户级线程就是从用户视角能看到的线程

4、优缺点：

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，多个线程不可在多个处理机上并行运行。

内核级线程

内核线程是指需要内核的参与，由内核完成线程的调度，依赖于操作系统核心，由内核的内部进行线程的创建和撤销。内核线程的线程表位于内核中，包括了线程控制块(TCB) ，一旦线程阻塞，内核会从当前或者其他进程中重新选择一个线程保证程序的执行。

内核级线程有以下特点：

1、内核级线程的管理工作都是由操作系统内核完成的，

2、线程调度、切换等工作，都是由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。

3、操作系统会为每个内核级线程建立相应的 TCB，通过 TCB 对线程进行管理，内核级线程就是从 操作系统内核视角能看到的线程

4、优缺点：

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，因此线程的管理成本较高，开销大。

多线程模型

一对一模型

一对一模型：一个用户级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，线程切换需要操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理成本高，开销大。

多对一模型

多对一模型：多个用户线程映射到一个内核级线程，且一个进程只能被分配一个内核级线程。

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，多个线程不可再多核处理机上并行执行。

多对多模型

多对多模型： n 个用户级线程映射到 m 个内核级线程 (n >= m)，每个用户进程对应 m 个内核级线程。

克服了多对一模型的并发度不高的缺点，同时又解决了一对一模型中，用户进程占用太多内核级线程开销太大的缺点。

线程的组织

进程在操作系统的管理中，有 PCB 数据结构，而线程也有对应的数据结构存储线程相关信息，来方便操作系统进行管理，也就是对应的 TCB。

线程的特点总结

线程的实现方式和多线程模型总结