如何实现多个线程＆＃39;只在一个线程中运行

Question

最近我一直在想：他们如何只在一个线程中实现几个“线程”？

我的意思是，他们如何在一个线程中实现几个并行运行的代码？他们如何保存'线程'的状态，创建一个中断并将CPU传递给下一个？

我认为Scala-actors实现了这一点。但是如何？

这可以回答JVM或C，没关系。我真的很想学习它的理论。

Answer 1

我认为你在这里混淆了coroutines和green threads。

Coroutines在准备好的时候放弃了控制，没有任何中断，所以关于中断的问题在这里是无关紧要的。 Scala actor被实现为协同程序。

绿色线程是由虚拟机实现的用户模式线程，不使用本机操作系统功能。显然，虚拟机可以将任何指令插入正在执行的代码中，以检查是否需要切换到另一个线程。

Answer 2

使用actor很简单，而不是每个actor使用一个线程，而是使用相同的线程为多个actor执行消息。但是，如果actor执行阻塞调用或繁重的计算，则必须使用另一个线程来执行其他actor中的消息。

绿色线程是轻量级线程，可以在VM级别实现。绿色线程始终映射到一个或多个OS线程。 VM在用户空间中处理同步和线程切换，这可以显着减少开销。但是，绿色线程存在缺陷，例如IO调用可能导致线程阻塞，然后VM无法“重用”OS线程用于另一个绿色线程，而必须使用额外的OS线程。

另一种解决方案是使用在Scala编译器中实现的continuation。然后，在JVM字节码级别处理执行的中断和恢复，其中保存和恢复本地状态。不需要VM支持。

Answer 3

你的意思是像Java中的ExecutorService或ScheduledExecutorService中的任务吗？

这些任务将添加到队列中并执行完成。当一个完成另一个开始。如果您有一个延迟循环，则可以使用重复的计划任务。它为每次迭代完成，并允许其他任务运行。

如果您想了解更多细节，可能会发现阅读有趣的代码。

Answer 4

使用coroutines

Answer 5

Akka library是一个非常好的actor模型实现。它有一个非常好的直接Java API（除了Scala之外）和the doc is pretty good。

Answer 6

这样做的一种方法是让用户代码中的线程包注册自己，以便从内核获得某种定时器中断。每当它收到这样的中断时，它就会告诉内核停止执行本身运行多个不同线程的所有内核线程。对于每个线程，定时器中断代码可以检查堆栈中的那些线程，在辅助位置记录重要信息（寄存器，堆栈指针，程序计数器等），然后加载存储的信息中的另一个模拟在该实际线程上运行的线程。然后它可以恢复运行模拟线程的内核线程。通过这种方式，您可以模拟在单个内核线程上运行的多个线程之间的上下文切换。

要实现锁定等功能，您可以在用户空间中本地跟踪所有锁定信息。每当模拟线程尝试获取锁时，您都可以检查线程是否可以成功获取锁。如果是这样，你只需给它锁。否则，您通过交换该真实线程上运行的模拟线程来模拟上下文切换，然后将模拟线程标记为阻塞，直到锁再次释放为止。

这只是一个开始 - 这里有很多其他细节（如果其中一个模拟线程试图阻塞I / O操作怎么办？你不能只阻止内核线程，因为这会阻止所有的模拟线程！），但这是这个想法的要点。