????????線程作為操作系統調度的基本執行單元，是實現高吞吐、低延遲系統的基礎。

一、進程與線程的體系結構對比

核心概念：

1. 進程（Process）：操作系統資源分配的基本單位，擁有獨立的虛擬地址空間、文件描述符表、環境變量等。
2. 線程（Thread）：CPU 調度與分派的基本單位，屬于進程，共享進程的地址空間和資源，但擁有獨立的棧空間、程序計數器、寄存器集合。

關鍵區別：

資源開銷：線程創建/切換開銷遠小于進程（無需切換地址空間）。

通信效率：線程間共享內存，通信無需 IPC（進程間通信）機制。

健壯性：一個線程崩潰可能導致整個進程終止；進程間相互隔離。

?二、線程生命周期與狀態轉換

狀態詳解：

1. NEW：線程實例化后，尚未調用?start()。
2. RUNNABLE：已調用?start()，等待或正在 CPU 上執行（包含操作系統層面的 Running 和 Ready）。
3. BLOCKED：等待進入?synchronized?代碼塊（等待獲取監視器鎖）。
4. WAITING：調用?Object.wait(),?Thread.join(),?LockSupport.park()?后無限期等待。
5. TIMED_WAITING：調用?Thread.sleep(),?Object.wait(timeout),?Thread.join(timeout)?等帶超時的方法。
6. TERMINATED：線程執行完畢或因未捕獲異常終止。

三、并發和并行

核心定義：

并發：多個任務在同一時間段內交替執行（宏觀上“同時”，微觀上分時復用 CPU）。適用于 I/O 密集型任務。

并行：多個任務在同一時刻真正同時執行（需多核/多處理器支持）。適用于 CPU 密集型任務。

并發是編程模型，解決任務調度問題；并行是硬件能力，解決計算加速問題。

四、線程安全與同步機制：競態條件與內存可見性

1. 競態條件

當多個線程非原子地訪問共享資源，且最終結果依賴于線程調度順序時，即發生競態條件。

public class Counter {private int count = 0;public void increment() {count++; // 非原子操作：讀取 → 修改 → 寫入}public int getCount() { return count; }
}

2. 同步原語

互斥鎖（Mutex / synchronized）：確保同一時刻只有一個線程訪問臨界區。

信號量（Semaphore）：控制同時訪問資源的線程數量。

條件變量（Condition Variable / wait/notify）：線程間通信，實現等待/通知機制。

原子變量（Atomic Variables）：CAS（Compare-And-Swap）操作實現無鎖線程安全。

3. 內存可見性

????????由于 CPU 緩存和編譯器優化，一個線程對共享變量的修改，可能不能立即被其他線程看到。volatile 關鍵字或同步塊可保證可見性。

五、線程調度與上下文切換開銷

調度策略：操作系統（如 Linux CFS）根據優先級、時間片等決定哪個線程獲得 CPU。

上下文切換（Context Switch）：

????????保存當前線程狀態（寄存器、PC、棧指針等），恢復另一線程狀態。開銷包括：

直接開銷：CPU 緩存失效、TLB 刷新。

間接開銷：調度器計算、鎖競爭加劇。

優化建議：

????????避免創建過多線程（使用線程池）。

????????減少鎖競爭（無鎖數據結構、分段鎖）。

????????綁定 CPU 核心（減少緩存失效）。