1. 操作系统线程

无论使用何种编程语言编写多线程程序，最终都是通过调用操作系统的线程来执行任务。线程是CPU调度的最小执行单元。
线程有多种实现方式，常见的有：内核线程、用户线程、混合线程。
不同线程模型的主要区别在于线程的调度方不同，是操作系统还是虚拟机。

1.1 内核线程

由操作系统来负责多线程调度的多线程实现方式，叫做内核线程。
我们知道，**进程的地址空间分为内核空间和用户空间。**程序在内核空间执行时，CPU处于内核态，程序在用户空间执行时，CPU处于用户态。因此内核线程也叫做内核空间线程，或者内核态线程。
对于应用程序来说，其运行在用户空间，无法直接操作（创建、使用、销毁等）内核线程。因此，**操作系统暴露可以操作内核线程的系统调用，给应用程序使用。**因为系统调用比较底层，所以，大部分编程语言都对其进行封装，提供易用的线程接口，比如Linux中的pthread、C++中的std::thread等等。对于Java这种跨平台的语言来说，为了提供统一的线程操作接口，也会将操作系统提供的系统调用，封装为自己的线程类库。
内核线程模型，也叫做1:1模型。前面的1表示用户空间的一个线程，也就是在应用程序开发者眼中的一个线程，比如通过Java Thread创建的一个线程对象。后面的1表示内核空间的一个线程，也就是真正的线程。1:1模型指的就是：用户空间中的一个用户线程对应内核空间中的一个内核线程。

综上，应用程序运行在用户空间，通过系统调用才能实现对内核线程的操作。而系统调用会导致用户态和内核态的上下文切换，比较耗时。这是内核线程的一个弊端。

1.2 用户线程

为了解决内核线程存在的弊端（内核态和用户态的上下文切换），计算机科学家发明了用户线程。
类比内核线程，用户线程指的是线程的调度由虚拟机完成，而虚拟机本质上就是一个运行在用户空间的应用程序。
实现调度算法来调度线程的程序，叫做调度程序。用户线程的调度程序的实现思路，和内核线程的调度程序的实现思路基本一致。
实际上，用户线程只是一个外壳。从本质上来看，虚拟机执行三个线程，相当于轮询执行三段代码。所以应用程序操作用户线程（创建、使用、销毁等），都是在用户空间完成的，完全不需要操作系统内核的参与，这样就避免了系统调用带来的用户态和内核态的上下文切换。
不过，用户线程需要有专门的结构来记录上下文信息。除此之外，虚拟机也需要为每个用户线程维护独立的函数调用栈。
用户线程也叫做M:1线程模型。其中M表示M个用户线程，1表示1个内核线程。当虚拟机在运行时，操作系统会为其创建进程，而且是单线程的进程，这里的单线程指的是内核线程，即一个内核线程对应多个用户线程。

操作系统线程调度算法调度的是内核线程，为内核线程之间公平地分配时间片。不管虚拟机中创建多少个用户线程，它们都只能共享一个内核线程的CPU时间片。因此用户线程无法利用多核优势。
除此之外，用户线程在使用上还有另外的限制。在用户线程中，我们无法使用阻塞模式的系统调用，比如read()、write()等阻塞IO系统调用。在内核线程中，当我们调用read()、write()等阻塞IO系统调用时，操作系统会让当前线程让出时间片，切换为其他线程执行。对于用户线程来说，当一个用户线程中的代码调用了阻塞IO系统调用时，对应的内核线程，就会被操作系统调度让出时间片，直到IO读写完成才会放入就绪队列。也就是说，只要一个用户线程阻塞了，其他用户线程也无法工作了。
解决这个问题的办法是，在用户线程中不要使用阻塞模式的系统调用，我们可以使用非阻塞的系统调用，内核线程在执行这类非阻塞的系统调用时，不需要让出时间片，可以继续执行后续的代码。
当然，相对于阻塞模式的系统调用，非阻塞模式的系统调用使用起来很不方便。比如调用非阻塞的write()系统调用，应用程序需要轮询查看是否写入完成。为了解决这个问题，一般支持用户线程的编程语言，会使用非阻塞函数模拟实现阻塞函数。在用法上，让程序员感知好像是在使用阻塞函数，实际上，底层使用的是非阻塞的系统调用来实现的。

1.3 混合线程

用户线程的优缺点
优点：避免了使用内核线程导致的内核态和用户态之间的上下文切换。
缺点：（1）一个进程内的用户线程无法利用多核并行运行；（2）一个用户线程调用阻塞系统调用会阻塞一个进程中的所有用户线程。
为了解决用户线程的缺点，计算机科学家发明了混合线程，又叫做M:N线程模型。
**M:N线程模型表示一个进程中的M个用户线程对应N个内核线程，M一般大于N。**如果M等于N，那就退化成了1:1线程模型。如果M小于N，那么多余的内核线程就浪费掉。如果应用程序创建M个用户线程，那么虚拟机就会使用操作系统提供的系统调用，创建N个内核线程来服务这M个用户线程。M个用户线程并不会绑定在一个内核线程上，因此，一个用户线程阻塞并不会导致所有的用户线程阻塞。同时，M个用户线程分散在N个内核线程上，不同的用户线程可以分散在不同的CPU上执行，也就利用到了计算机多核的优势。

2. Java线程与操作系统线程的关系

Java线程有两种实现方式，一种叫Green Thread，一种叫Native Thread。
实际上，Green Thread就是用户线程模型，也就是M:1线程模型。Green Thread实际上只存在于早期jdk版本中，在JDK1.3中便已经废弃，被Native Thread取而代之。
Native Thread实际上就是内核线程模型，也就是1:1线程模型。Java提供的线程库，只不过是对操作系统提供的操作内核线程的系统调用的二次封装。线程的调度由操作系统来完成，因此，Java线程库实现起来非常简单。
每个操作系统的内核线程实现都有细微差别，比如线程的状态定义、线程的优先级划分等等都有可能不同。Java作为跨平台编程语言，需要提供统一编程接口。为了封装各个操作系统中线程实现的差别，Java线程库定义了自己的线程状态和优先级，以及和各个操作系统中线程状态和优先级的映射关系。