线程作为操作系统调度的基本执行单元，是实现高吞吐、低延迟系统的基础。

一、进程与线程的体系结构对比

核心概念：

1. 进程（Process）：操作系统资源分配的基本单位，拥有独立的虚拟地址空间、文件描述符表、环境变量等。
2. 线程（Thread）：CPU 调度与分派的基本单位，属于进程，共享进程的地址空间和资源，但拥有独立的栈空间、程序计数器、寄存器集合。

关键区别：

资源开销：线程创建/切换开销远小于进程（无需切换地址空间）。

通信效率：线程间共享内存，通信无需 IPC（进程间通信）机制。

健壮性：一个线程崩溃可能导致整个进程终止；进程间相互隔离。

 二、线程生命周期与状态转换

状态详解：

1. NEW：线程实例化后，尚未调用 start()。
2. RUNNABLE：已调用 start()，等待或正在 CPU 上执行（包含操作系统层面的 Running 和 Ready）。
3. BLOCKED：等待进入 synchronized 代码块（等待获取监视器锁）。
4. WAITING：调用 Object.wait(), Thread.join(), LockSupport.park() 后无限期等待。
5. TIMED_WAITING：调用 Thread.sleep(), Object.wait(timeout), Thread.join(timeout) 等带超时的方法。
6. TERMINATED：线程执行完毕或因未捕获异常终止。

三、并发和并行

核心定义：

并发：多个任务在同一时间段内交替执行（宏观上“同时”，微观上分时复用 CPU）。适用于 I/O 密集型任务。

并行：多个任务在同一时刻真正同时执行（需多核/多处理器支持）。适用于 CPU 密集型任务。

并发是编程模型，解决任务调度问题；并行是硬件能力，解决计算加速问题。

四、线程安全与同步机制：竞态条件与内存可见性

1. 竞态条件

当多个线程非原子地访问共享资源，且最终结果依赖于线程调度顺序时，即发生竞态条件。

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

2. 同步原语

互斥锁（Mutex / synchronized）：确保同一时刻只有一个线程访问临界区。

信号量（Semaphore）：控制同时访问资源的线程数量。

条件变量（Condition Variable / wait/notify）：线程间通信，实现等待/通知机制。

原子变量（Atomic Variables）：CAS（Compare-And-Swap）操作实现无锁线程安全。

3. 内存可见性

        由于 CPU 缓存和编译器优化，一个线程对共享变量的修改，可能不能立即被其他线程看到。volatile 关键字或同步块可保证可见性。

五、线程调度与上下文切换开销

调度策略：操作系统（如 Linux CFS）根据优先级、时间片等决定哪个线程获得 CPU。

上下文切换（Context Switch）：

        保存当前线程状态（寄存器、PC、栈指针等），恢复另一线程状态。开销包括：

直接开销：CPU 缓存失效、TLB 刷新。

间接开销：调度器计算、锁竞争加剧。

优化建议：

        避免创建过多线程（使用线程池）。

        减少锁竞争（无锁数据结构、分段锁）。

        绑定 CPU 核心（减少缓存失效）。