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120.47M · 2026-02-04
Java线程的实现是一个经典的“跨层协作”问题。要深入理解它，我们需要将视角分为两层：用户层面的 JVM 和 系统层面的操作系统（OS）。
简单来说，JVM 规范只规定了线程应该具备的行为，而具体的实现方式（1:1、N:1 还是 N:M）则由具体的 JVM 实现决定。目前最主流的 HotSpot JVM 在传统的 Java 版本（Java 19 之前）中，采用的是 1:1 模型，即 Java 线程直接映射为操作系统的内核级线程。
在理解 JVM 之前，先看 OS 提供了什么。现代操作系统（Linux, Windows, macOS）将线程通常划分为如下两类：
本文介绍的线程主要基于Linux系统，因此这里先简单介绍一下Linux中的线程怎么实现：
在 Linux 中可以认为使用进程实现了线程 ，这涉及到 Linux 设计的哲学：不区分进程与线程，一切皆是“任务”。Linux 内核用同一个结构体 struct task_struct 来描述一个可调度的执行实体。无论是我们传统意义上的“进程”，还是“线程”，在内核看来都是一个 task_struct 实例。在Linux系统中Linux线程KLT（Kernel Level Thread）又被称为轻量级进程LWP（Light Weight Process）。
这里面的关键魔法在于 clone()： 创建新的执行实体，无论是进程还是线程，最终都调用 clone() 系统调用。其关键区别在于创建时传递的“资源共享标志位”：
fork() -> 最终调用 clone()，不指定共享标志。结果是：新 task_struct 拥有独立的内存地址空间、文件描述符表、信号处理等。pthread_create() -> 最终调用 clone()，指定共享标志（如 CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND...）。结果是：新 task_struct 共享父任务的内存地址空间、文件系统信息、打开的文件、信号处理程序等。操作系统中的线程模型，主要围绕内核线程和用户线程之间的关系展开，细节可见下面章节。
对应原理：每个用户线程调用一次 clone，创建一个独立的LWP。它们不共享地址空间映射关系（各自独立看待），完全由内核调度。
由操作系统内核直接管理。
线程的创建、销毁、调度都由 OS 完成（需要切换到内核态）。
每个线程都有独立的内核栈和 PCB（在 Linux 中实际由 task_struct 描述）。
优点：可以利用多核 CPU，一个线程阻塞了，其他线程还可以运行。
缺点：上下文切换开销大（User Space <-> Kernel Space），线程创建较重。
对应原理：只调用了一次 clone 创建一个 LWP。所有的用户线程都在用户空间模拟，内核只“看”到这唯一的一个 LWP。
对应原理：调用了 N 次 clone 创建 N 个 LWP 组成 LWP 组。M 个用户线程动态绑定到这些 LWP 上。结合了 LWP 的并行能力和用户态线程的轻量。
现状： HotSpot JVM (Java 1.2 - Java 18 默认模式)
图解特点：
classDiagram
%% 定义 JVM 用户态层
class JavaThread {
+run()
+start()
}
%% 定义 OS 内核态层
class OSThread {
+task_struct
+Kernel Stack
}
%% 定义 CPU 硬件层
class CPU {
+Core 1
+Core 2
}
%% 映射关系 (1:1)
JavaThread "1" --> "1" OSThread : 直接映射
%% 调度关系
OSThread --> CPU : 由OS调度器分配
note for JavaThread "JVM 层面 (用户态)"
note for OSThread "OS 层面 (内核态)<br>如：Linux LWP"
文字解析：
JavaThread 在堆中被实例化。start() 时，JVM 调用底层 API（如 pthread_create）创建一个 OSThread。JavaThread 的所有操作都由这个唯一的 OSThread 执行。如果 JavaThread 阻塞，OSThread 也会阻塞，被 OS 挂起。历史： JVM 早期“绿色线程”
图解特点：
classDiagram
class JVM_Scheduler {
+用户态调度器
+run_queue
}
class JavaThread {
+run()
}
class OSThread {
+task_struct
}
class CPU {
+Core 1
}
%% JVM 中的多个线程
JavaThread "N" ..> "1" JVM_Scheduler : 注册到调度器
%% JVM 调度器绑定唯一 OS 线程
JVM_Scheduler --> "1" OSThread : 绑定
%% OS 调度
OSThread --> CPU
note for JVM_Scheduler "JVM 自己管理切换<br>(无需进入内核态)"
note for JavaThread "用户级线程<br>(绿色线程)"
文字解析：
JVM_Scheduler)。JavaThread A, B, C 都在用户空间，不涉及内核创建。OSThread。JavaThread A 发起了 I/O 阻塞，底层的 OSThread 就会卡住，导致 JavaThread B 和 C 即使就绪也无法运行（因为 OS 挂起了这唯一的线程）。未来： Java 21+ 虚拟线程 / Go Goroutine
图解特点：
classDiagram
class JVM_Scheduler {
+用户态调度器
+任务队列
}
class VirtualThread {
+run()
}
class CarrierThread {
+OS Thread (LWP)
}
class CPU {
+Multi-Core
}
%% M 个虚拟线程注册到 JVM 调度器
VirtualThread "M" ..> "1" JVM_Scheduler : 调度
%% N 个载体线程 (OS 线程)
JVM_Scheduler "1" --> "N" CarrierThread : 动态映射
%% OS 调度载体线程
CarrierThread --> CPU : 并行执行
note for VirtualThread "轻量级用户线程(Virtual Thread)"
note for CarrierThread "内核线程<br>数量固定"
note for JVM_Scheduler "M:N 关键<br>处理阻塞与挂载"
文字解析：
VirtualThread（虚拟线程）非常轻量，可以创建成千上万个。JVM_Scheduler 负责将虚拟线程“Mount”（挂载）到 CarrierThread（载体线程/OS线程）上执行。VirtualThread 遇到阻塞（如读网络）时，JVM 会将其卸载，CarrierThread 立刻空闲下来去执行其他的 VirtualThread。最后再给出一个Java运行线程的示例分析：
Thread t = new Thread(() -> {
// 这段代码会在一个真正的内核线程上运行
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
});
t.start(); // 这里发生了从Java到OS的“协议转换”
启动一个Java线程涉及：
pthread_create、绑定到JVM内部数据结构
