綠色線程
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在計算機程序設計中，綠色線程是一種由運行環境或虛擬機調度，而不是由本地底層操作系統調度的線程。綠色線程並不依賴底層的系統功能，模擬實現了多線程的運行，這種線程的管理調配發生在用戶空間而不是內核空間，所以它們可以在沒有原生線程支持的環境中工作。
詞源[編輯]
綠色線程的名稱來源於最初的Java線程庫。這是因為甲骨文公司的「綠色團隊」最初設計了Java 的線程庫。
性能[編輯]
在多核處理器上，原生線程可以自動將工作分配給多個處理器，而綠色線程做不到這一點。在某些虛擬機中，綠色線程可以啟動得更快。然而，在單處理器計算機上，最有效的工作方式依舊沒有定論。在一台運行着（過時很久的）Linux 2.2 內核的電腦上的測試表明：
- 綠色線程的性能在線程激活和同步上明顯好於原生線程。
- Linux原生線程的性能在 I/O 操作和上下文切換 (Context Switch) 上略好於綠色線程。
當一個綠色線程執行一個阻塞的系統調用，不僅是當前的線程被阻塞，而是當前進程中的所有線程都會被阻塞。如果虛擬機在實現綠色線程時，為每個 I/O 操作分配特定的 I/O進程（這些進程對用戶透明）可以減少用戶編程時的負責度，但是為了避免阻塞問題，綠色線程必須使用異步I/O操作。
對應的，在使用原生線程時，也有方法可以減少線程激活和同步的開銷：
- 使用線程池可以通過重用有限數量的線程來降低重新生成新線程的成本。
- 使用虛擬機和原生線程的語言可以使用Escape analysis來避免在不需要的情況下同步代碼塊。
Java虛擬機中的綠色線程[編輯]
在Java 1.1中，綠色線程（至少在 Solaris 上）是JVM 中使用的唯一一種線程模型。由於綠色線程和原生線程比起來在使用時有一些限制，隨後的 Java 版本中放棄了綠色線程，轉而使用原生線程。Squawk虛擬機是一個例外，它是低功耗設備的操作系統和Java虛擬機的混合體。它使用綠色線程來保持機器語言的絕對最小並支持分離的遷移。Kilim和Quasar 是在隨後的 JVM 版本中通過修改Java 編譯器產生的字節碼來實現綠色線程的開源項目（Quasar 也支持 Kotlin 和 Clojure）。
其他語言的綠色線程[編輯]
還有一些其他的編程語言也實現了可以替代原生線程的綠色線程。例如：
- CHICKEN Scheme uses lightweight user-level threads based on first-class continuations[1]
- Common Lisp[2]
- CPython with greenlet, eventlet （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） and gevent （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, PyPy[3]
- D offers fibers, used for asynchronous I/O as the basis for tasks in the web framework Vibe.d
- Erlang [來源請求]
- Go[4]
- Haskell[4]
- Julia uses green threads for its Tasks （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
- Limbo [來源請求]
- Lua uses coroutines （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） for concurrency. Lua 5.2 also offers true C coroutine semantics through the functions lua_yieldk （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, lua_callk （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, and lua_pcallk （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. The CoCo （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） extension allows true C coroutine semantics for Lua 5.1.
- Occam, which prefers the term "process" instead of "thread" due to its origins in communicating sequential processes
- Ruby before version 1.9[5]
- Racket (native threads are also available through Places[6])
- Rust support for green-threads is possible using mioco library
- SML/NJ's implementation of Concurrent ML
- Smalltalk (most dialects: Squeak, VisualWorks, GNU Smalltalk, etc.)
- Stackless Python supports either preemptive multitasking or cooperative multitasking through microthreads (so-called tasklets).[7]
- Tcl has coroutines （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） and an event loop[8]
- PHP supports green threads through coroutines （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Erlang 虛擬機中有一種有時候會被稱為『綠色線程』的東西，但是和我們討論的綠色線程有顯著地差異，將他稱為「綠色進程」可能更為合適。他們就像操作系統的進程（不像線程會共享系統資源），但在 Erlang 中是在 Erlang 運行系統（erts）中實現的。[來源請求]對與GHC Haskell，上下文切換發生在可配置的超時之後的第一次分配。 GHC線程也可能在其生命周期內的一個或多個OS線程上運行（GHC線程和OS線程之間存在多對多關係），允許在對稱多處理機器上實現並行性，而不會創建比成本更高的操作系統線程 需要在可用數量的內核上運行。Occam 在這個列表中是不尋常的，因為它的原始實現與 Transputer 綁定，因此不需要虛擬機。 後來在移植到其他處理器時引入了一個仿照Transputer設計的虛擬機，這是一個有效的選擇，因為涉及的開銷很小。大多數 Smalltalk虛擬機不對評估步驟進行計數，但是VM仍然可以搶占外部信號上的執行線程（例如即將到期的定時器或即將可用的I/O）。通常使用循環制輪轉調度機制，以便定期喚醒的高優先級進程來實現有效的分時分時搶占：
[
[(Delay forMilliseconds: 50) wait] repeat
] forkAt: Processor highIOPriority
其他實現方式，例如 QKS Smalltalk，總是採用分時的方式。 與大多數綠色線程實現不同，QKS Smalltalk也支持防止優先級反轉。
另請參閱[編輯]
參考資料[編輯]
- ^ CHICKEN Scheme. [5 November 2017]. （原始內容存檔於2020-12-23）.
- ^ thezerobit/green-threads. GitHub. [2016-04-08]. （原始內容存檔於2020-11-12）.
- ^ Application-level Stackless features — PyPy 4.0.0 documentation. [6 December 2015]. （原始內容存檔於2020-06-04）.
- ^ 4.0 4.1 Go and Dogma. research!rsc. [2017-01-14]. （原始內容存檔於2020-11-12）.
for example both Go and Haskell need some kind of 「green threads」, so there are more shared runtime challenges than you might expect
- ^ Multithreading in the MRI Ruby Interpreter ~ Christoph Schiessl ~ Ruby on Rails and JavaScript Developer in Munich (München). [22 August 2016]. （原始內容存檔於2019-02-02）.
- ^ Racket Places. [2011-10-13]. （原始內容存檔於2021-04-13）.
Places enable the development of parallel programs that take advantage of machines with multiple processors, cores, or hardware threads. A place is a parallel task that is effectively a separate instance of the Racket virtual machine.
- ^ Stackless.com: About Stackless. [2008-08-27]. （原始內容存檔於2013-02-06）.
A round robin scheduler is built in. It can be used to schedule tasklets either cooperatively or preemptively.
- ^ Tcl event loop. [6 December 2015]. （原始內容存檔於2018-10-11）.