Java 线程中的分时模型和抢占模型

Java 线程中的分时模型和抢占模型

线程的调度机制决定了多个线程在 CPU 上的执行方式，其中主要有两种常见的模型：分时模型和抢占模型。这两种模型的核心区别在于线程的执行时间分配和切换方式。

1. 分时模型（Time-Sharing Model）

• 定义:
  在分时模型中，系统会将 CPU 的使用时间分成多个时间片（Time Slice），并将这些时间片轮流分配给各个线程。线程按照固定顺序轮流运行，确保每个线程都能获得一定的 CPU 时间。
• 特点:
  • 每个线程都有相等的机会使用 CPU（公平性）。
  • 时间片到期后，线程会被挂起，让其他线程运行。
  • 不管线程是否已经完成任务，只要时间片耗尽，都会被强制暂停，等待下一轮。
• 优缺点:
  • 优点: 每个线程都会被公平对待，不会出现线程“饥饿”现象。
  • 缺点: 时间片的固定长度可能导致 CPU 利用率低下（比如一些线程仅需要少量时间片就可以完成任务，但仍需等待轮转）。
• 应用场景:
  分时模型常用于早期的操作系统或简单的调度场景，如单核 CPU 的简单任务调度。

2. 抢占模型（Preemptive Model）

• 定义:
  在抢占模型中，线程的执行优先级由系统或开发者设定，线程的运行时间和调度顺序由操作系统内核的调度器决定。系统会根据优先级动态分配 CPU 时间，并可以在任意时刻暂停低优先级线程，切换到高优先级线程。
• 特点:
  • 优先级高的线程可以抢占 CPU，优先运行。
  • 如果某个线程正在运行，而另一个更高优先级的线程需要运行，当前线程会被暂停。
  • 线程切换时机不固定，由系统调度决定。
• 优缺点:
  • 优点: 更高效，能快速响应高优先级任务，适合复杂、多任务的场景。
  • 缺点: 如果调度策略不合理，可能导致低优先级线程“饥饿”，长时间无法获得 CPU 时间。
• 应用场景:
  抢占模型是**现代操作系统（如 Windows、Linux、MacOS）**和多核 CPU 的主流调度模型。

Java 中的线程调度模型

• Java 的线程调度由 操作系统的线程调度器负责，通常使用抢占模型。
• Java 中的线程可以通过 Thread.setPriority(int priority) 方法设置优先级，但具体效果依赖于操作系统的实现。
• Java 线程在多核 CPU 上运行时，操作系统会基于抢占式调度动态分配线程到不同的核心，确保高优先级线程能及时运行。

对比总结

在 Java 和现代操作系统中，抢占模型是主流，而分时模型主要存在于一些特定的嵌入式或早期系统中。