代码中的Thread.sleep(0) 有什么意义?是写错了吗?

JAVA herman 918浏览
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你以为你是一个高级工程师,实际上也就只是会用几个框架的API而已!最近代码中出现了一个 Thread.sleep(0),引起了大家的注意。有人说是写错了,有人说是没意义可以删掉!是这样吗?通过本文希望大家看完后有更大的收获!

我们知道 Thread.sleep() 方法能让线程休眠一段时间,但是当这个参数为0,还有意义吗?假设现在的时间是 2018-10-16 18:00:00.000,当我调用一下Thread.sleep(0)后,在2018-10-16 18:00:00.001这个时间当前休眠的这个线程会被唤醒吗?

要回答这个问题,我们先要看 Thread.sleep() 到底做了什么?既然是 Sleep 0 毫秒,那到底休眠了吗?

线程状态转化图

我们知道处理器是一个操作系统执行任务的工具,线程是一个操作系统执行任务的基本单位,处理器的数量决定了不可能所有线程都能同时得到执行。这就需要通过某种算法来进行任务调度。Unix系统使用的是时间片算法,而Windows 是一个抢占式的多任务操作系统。

关于抢占式,维基百科有下面的定义:

In computing, preemption is the act of temporarily interrupting a task being carried out by a computer system, without requiring its cooperation, and with the intention of resuming the task at a later time. Such a change is known as a context switch. It is normally carried out by a privileged task or part of the system known as a preemptive scheduler, which has the power to preempt, or interrupt, and later resume, other tasks in the system.

大致的意思是说:

线程是根据其优先级而调度执行的。 即使线程正在运行时中执行,所有线程都是由操作系统分配处理器时间片的。 用于确定线程执行顺序的调度算法的详细情况随每个操作系统的不同而不同。

在某些操作系统下,具有最高优先级(相对于可执行线程而言)的线程经过调度后总是首先运行。 如果具有相同优先级的多个线程都可用,则计划程序将遍历处于该优先级的线程,并为每个线程提供一个固定的时间片(段)来执行。 只要具有较高优先级的线程可以运行,具有较低优先级的线程就不会执行。 如果在给定的优先级上不再有可运行的线程,则计划程序将移到下一个较低的优先级并在该优先级上调度线程以执行。 如果此时具有较高优先级的线程可以运行,则具有较低优先级的线程将被抢先,并允许具有较高优先级的线程再次执行。 除此之外,当应用程序的用户界面在前台和后台之间移动时,操作系统还可以动态调整线程优先级。 其他操作系统可以选择使用不同的调度算法。

Windows 除了会在前后台切换的时候调整优先级还会为 I/O 操作动态提升优先级,或者使用 “饥渴” 的时间片分配策略来动态调整,如果有线程一直渴望得到时间片但是很长时间都没有获得时间片,Windows 就会临时将这个线程的优先级提高,并一次分配给2倍的时间片来执行,当用完2倍的时间片后,优先级又会恢复到之前的水平。

在时间片算法中,所有的进程排成一个队列。操作系统按照他们的顺序,给每个进程分配一段时间,即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的时间片后,它被移到队列的末尾。

我们用分蛋糕的场景来描述这两种算法。假设有源源不断的蛋糕(源源不断的时间),一副刀叉(一个CPU),10个等待吃蛋糕的人(10 个进程)。

如果是Unix操作系统来负责分蛋糕,那么他会这样定规矩:每个人上来吃 1 分钟,时间到了换下一个。最后一个人吃完了就再从头开始。于是,不管这10个人是不是优先级不同、饥饿程度不同、饭量不同,每个人上来的时候都可以吃 1 分钟。当然,如果有人本来不太饿,或者饭量小,吃了30秒钟之后就吃饱了,那么他可以跟操作系统说:我已经吃饱了(挂起)。于是操作系统就会让下一个人接着来。

如果是 Windows 操作系统来负责分蛋糕的,那么场面就很有意思了。他会这样定规矩:我会根据你们的优先级、饥饿程度去给你们每个人计算一个优先级。优先级最高的那个人,可以上来吃蛋糕——吃到你不想吃为止。等这个人吃完了,我再重新根据优先级、饥饿程度来计算每个人的优先级,然后再分给优先级最高的那个人。

这样看来,这个场面就有意思了。可能有些人是漂亮MM,因此具有高优先级,于是她就可以经常来吃蛋糕。可能另外一个人是个猥琐男,所以优先级特别低,于是好半天了才轮到他一次(因为随着时间的推移,他会越来越饥饿,因此算出来的总优先级就会越来越高,因此总有一天会轮到他的)。而且,如果一不小心让一个大胖子得到了刀叉,因为他饭量大,可能他会霸占着蛋糕连续吃很久很久,导致旁边的人在那里咽口水。

而且,还可能会有这种情况出现:操作系统现在计算出来的结果,5号漂亮MM总优先级最高,而且高出别人一大截。因此就叫5号来吃蛋糕。5号吃了一小会儿,觉得没那么饿了,于是说“我不吃了”(挂起)。因此操作系统就会重新计算所有人的优先级。因为5号刚刚吃过,因此她的饥饿程度变小了,于是总优先级变小了;而其他人因为多等了一会儿,饥饿程度都变大了,所以总优先级也变大了。不过这时候仍然有可能5号的优先级比别的都高,只不过现在只比其他的高一点点——但她仍然是总优先级最高的啊。因此操作系统就会说:5号MM上来吃蛋糕……(5号MM心里郁闷,这不刚吃过嘛……人家要减肥……谁叫你长那么漂亮,获得了那么高的优先级)。

那么,Thread.sleep 函数是干吗的呢?还用刚才的分蛋糕的场景来描述。上面的场景里面,5号MM在吃了一次蛋糕之后,觉得已经有8分饱了,她觉得在未来的半个小时之内都不想再来吃蛋糕了,那么她就会跟操作系统说:在未来的半个小时之内不要再叫我上来吃蛋糕了。这样,操作系统在随后的半个小时里面重新计算所有人总优先级的时候,就会忽略5号MM。sleep函数就是干这事的,他告诉操作系统“在未来的多少毫秒内我不参与CPU竞争”。

现在我们再来看文章开头那个问题。执行 Thread.sleep(0) 后,当前线程不一定会被唤醒,虽然休眠了0秒,但是执行 sleep 方法后,不仅会休眠,还会让 CPU 重新分配。因此,Thread.Sleep(0)的作用,就是“触发操作系统立刻重新进行一次CPU竞争”。竞争的结果也许是当前线程仍然获得CPU控制权,也许会换成别的线程获得CPU控制权。这也是我们在大循环里面经常会写一句Thread.Sleep(0) ,因为这样就给了其他线程获得CPU控制权的权力,这样一些功能就不会假死在那里。

末了说明一下,虽然上面提到说“除非它自己放弃使用 CPU ,否则将完全霸占 CPU”,但这个行为仍然是受到制约的——操作系统会监控你霸占CPU的情况,如果发现某个线程长时间霸占CPU,会强制使这个线程挂起,因此在实际上不会出现“一个线程一直霸占着 CPU 不放”的情况。至于我们的大循环造成程序假死,并不是因为这个线程一直在霸占着CPU。实际上在这段时间操作系统已经进行过多次CPU竞争了,只不过其他线程在获得CPU控制权之后很短时间内马上就退出了,于是就又轮到了这个线程继续执行循环,于是就又用了很久才被操作系统强制挂起。因此反应到程序上,看起来就好像这个线程一直在霸占着CPU一样。

参考资料

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