淺談Thread.sleep(0)到底有什么用
我們可能經(jīng)常會用到Thead.sleep()函數(shù)來吧使線程掛起一段時間。但是你真的了解這個函數(shù)的真正作用嗎?
先思考兩個問題:
假設現(xiàn)在是 2022-5-26 12:00:00.000,如果我調(diào)用一下 Thread.Sleep(1000) ,在 2022-5-26 12:00:01.000 的時候,這個線程會不會被喚醒?
Thread.Sleep(0) 。既然是 Sleep 0 毫秒,那么他跟去掉這句代碼相比,有啥區(qū)別么?
其實回答這個問題的本質(zhì)就是操作系統(tǒng)對資源的分配
不管有沒有學習過操作系統(tǒng)的小伙伴,都一起看一下操作系統(tǒng)的原理。
操作系統(tǒng)中,CPU競爭有很多種策略:
- Unix系統(tǒng)使用的是時間片算法
- 而Windows則屬于搶占式的。
在時間片算法中,所有的進程排成一個隊列。操作系統(tǒng)按照他們的順序,給每個進程分配一段時間,即該進程允許運行的時間。如果在時間片結(jié)束時進程還在運行,則CPU將被剝奪并分配給另一個進程。如果進程在時間片結(jié)束前阻塞或結(jié)束,則CPU當即進行切換。調(diào)度程序所要做的就是維護一張就緒進程列表,當進程用完它的時間片后,它被移到隊列的末尾。
所謂搶占式操作系統(tǒng),就是說如果一個進程得到了 CPU 時間,除非它自己放棄使用 CPU ,否則將完全霸占 CPU 。因此可以看出,在搶占式操作系統(tǒng)中,操作系統(tǒng)假設所有的進程都是“人品很好”的,會主動退出 CPU 。
在搶占式操作系統(tǒng)中,假設有若干進程,操作系統(tǒng)會根據(jù)他們的優(yōu)先級、饑餓時間(已經(jīng)多長時間沒有使用過 CPU 了),給他們算出一個總的優(yōu)先級來。操作系統(tǒng)就會把 CPU 交給總優(yōu)先級最高的這個進程。
當進程執(zhí)行完畢或者自己主動掛起后,操作系統(tǒng)就會重新計算一 次所有進程的總優(yōu)先級,然后再挑一個優(yōu)先級最高的把 CPU 控制權交給他。
我們用分蛋糕的場景來描述這兩種算法。假設有源源不斷的蛋糕(源源不斷的時間),一副刀叉(一個CPU),10個等待吃蛋糕的人(10 個進程)。
先來看看unix系統(tǒng)是怎么分蛋糕的:
如果是 Unix操作系統(tǒng)來負責分蛋糕,那么他會這樣定規(guī)矩:每個人上來吃 1 分鐘,時間到了換下一個。最后一個人吃完了就再從頭開始。于是,不管這10個人是不是優(yōu)先級不同、饑餓程度不同、飯量不同,每個人上來的時候都可以吃 1 分鐘。
當然,如果有人本來不太餓,或者飯量小,吃了30秒鐘之后就吃飽了,那么他可以跟操作系統(tǒng)說:我已經(jīng)吃飽了(掛起)。于是操作系統(tǒng)就會讓下一個人接著來。
如果是 Windows 操作系統(tǒng)來負責分蛋糕的,那么場面就很有意思了。他會這樣定規(guī)矩:我會根據(jù)你們的優(yōu)先級、饑餓程度去給你們每個人計算一個優(yōu)先級。優(yōu)先級最高的那個人,可以上來吃蛋糕——吃到你不想吃為止。等這個人吃完了,我再重新根據(jù)優(yōu)先級、饑餓程度來計算每個人的優(yōu)先級,然后再分給優(yōu)先級最高的那個人。
這樣看來,這個場面就有意思了:可能有些人是個帥鍋或者是個美眉,因此具有高優(yōu)先級,于是她就可以經(jīng)常來吃蛋糕。可能另外一個人是個丑男,而去很ws,所以優(yōu)先級特別低,于是好半天了才輪到他一次(因為隨著時間的推移,他會越來越饑餓,因此算出來的總優(yōu)先級就會越來越高,因此總有一天會輪到他的)。
而且,如果一不小心讓一個大胖子得到了刀叉,因為他飯量大,可能他會霸占著蛋糕連續(xù)吃很久很久,導致旁邊的人在那里咽口水~
而且,還可能會有這種情況出現(xiàn):操作系統(tǒng)現(xiàn)在計算出來的結(jié)果,5號PPMM總優(yōu)先級最高,而且高出別人一大截。因此就叫5號來吃蛋糕。5號吃了一小會兒,覺得沒那么餓了,于是說“我不吃了”(掛起)。因此操作系統(tǒng)就會重新計算所有人的優(yōu)先級。
因為5號剛剛吃過,因此她的饑餓程度變小了,于是總優(yōu)先級變小了;而其他人因為多等了一會兒,饑餓程度都變大了,所以總優(yōu)先級也變大了。不過這時候仍然有可能5號的優(yōu)先級比別的都高,只不過現(xiàn)在只比其他的高一點點——但她仍然是總優(yōu)先級最高的啊。
因此操作系統(tǒng)就會說:5號mm上來吃蛋糕……(5號mm心里郁悶,這不剛吃過嘛……人家要減肥……誰叫你長那么漂亮,獲得了那么高的優(yōu)先級)。
那么問題來了,說了這一堆,Thread.Sleep 函數(shù)到底是干嗎的呢?
還用剛才的分蛋糕的場景來描述。上面的場景里面,5號MM在吃了一次蛋糕之后,覺得已經(jīng)有8分飽了,她覺得在未來的半個小時之內(nèi)都不想再來吃蛋糕了,那么她就會跟操作系統(tǒng)說:在未來的半個小時之內(nèi)不要再叫我上來吃蛋糕了。
這樣,操作系統(tǒng)在隨后的半個小時里面重新計算所有人總優(yōu)先級的時候,就會忽略5號mm。Sleep函數(shù)就是干這事的,他告訴操作系統(tǒng)“在未來的多少毫秒內(nèi)我不參與CPU競爭”。
知道了Sleep函數(shù)的作用之后,在回過頭來繼續(xù)看看文章初始時提到的兩個問題:
1.假設現(xiàn)在是 2022-5-26 12:00:00.000,如果我調(diào)用一下 Thread.Sleep(1000) ,在 2022-5-26 12:00:01.000 的時候,這個線程會不會被喚醒?
答案是:不一定。因為你只是告訴操作系統(tǒng):在未來的1000毫秒內(nèi)我不想再參與到CPU競爭。那么1000毫秒過去之后,這時候也許另外一個線程正在使用CPU,那么這時候操作系統(tǒng)是不會重新分配CPU的,直到那個線程掛起或結(jié)束;況且,即使這個時候恰巧輪到操作系統(tǒng)進行CPU 分配,那么當前線程也不一定就是總優(yōu)先級最高的那個,CPU還是可能被其他線程搶占去。
與此相似的,Thread有個Resume函數(shù),是用來喚醒掛起的線程的。好像上面所說的一樣,這個函數(shù)只是“告訴操作系統(tǒng)我從現(xiàn)在起開始參與CPU競爭了”,這個函數(shù)的調(diào)用并不能馬上使得這個線程獲得CPU控制權。
2.使用Thread.Sleep(0)跟去掉這句代碼相比,有啥區(qū)別么?
答案是:有,而且區(qū)別很明顯。假設我們剛才的分蛋糕場景里面,有另外一個PPMM 7號,她的優(yōu)先級也非常非常高(因為非常非常漂亮),所以操作系統(tǒng)總是會叫道她來吃蛋糕。而且,7號也非常喜歡吃蛋糕,而且飯量也很大。不過,7號人品很好,她很善良,她沒吃幾口就會想:如果現(xiàn)在有別人比我更需要吃蛋糕,那么我就讓給他。
因此,她可以每吃幾口就跟操作系統(tǒng)說:我們來重新計算一下所有人的總優(yōu)先級吧。不過,操作系統(tǒng)不接受這個建議——因為操作系統(tǒng)不提供這個接口。于是7號mm就換了個說法:“在未來的0毫秒之內(nèi)不要再叫我上來吃蛋糕了”。這個指令操作系統(tǒng)是接受的,于是此時操作系統(tǒng)就會重新計算大家的總優(yōu)先級——注意這個時候是連7號一起計算的,因為“0毫秒已經(jīng)過去了”嘛。因此如果沒有比7號更需要吃蛋糕的人出現(xiàn),那么下一次7號還是會被叫上來吃蛋糕。
因此,Thread.Sleep(0)的作用,就是“觸發(fā)操作系統(tǒng)立刻重新進行一次CPU競爭”。競爭的結(jié)果也許是當前線程仍然獲得CPU控制權,也許會換成別的線程獲得CPU控制權。這也是我們在大循環(huán)里面經(jīng)常會寫一句Thread.Sleep(0) ,因為這樣就給了其他線程比如Paint線程獲得CPU控制權的權力,這樣界面就不會假死在那里。
另外,雖然上面提到說“除非它自己放棄使用 CPU ,否則將完全霸占 CPU”,但這個行為仍然是受到制約的——操作系統(tǒng)會監(jiān)控你霸占CPU的情況,如果發(fā)現(xiàn)某個線程長時間霸占CPU,會強制使這個線程掛起,因此在實際上不會出現(xiàn)“一個線程一直霸占著 CPU 不放”的情況。至于我們的大循環(huán)造成程序假死,并不是因為這個線程一直在霸占著CPU。
實際上在這段時間操作系統(tǒng)已經(jīng)進行過多次CPU競爭了,只不過其他線程在獲得CPU控制權之后很短時間內(nèi)馬上就退出了,于是就又輪到了這個線程繼續(xù)執(zhí)行循環(huán),于是就又用了很久才被操作系統(tǒng)強制掛起。。。因此反應到界面上,看起來就好像這個線程一直在霸占著CPU一樣。
關于sleep()方法和yield()方法的區(qū)別如下
- sleep()方法暫停 當前線程后,會給其他線程執(zhí)行機會,不會理會其他線程的優(yōu)先級:但yield()方法只會給優(yōu)先級相同,或優(yōu)先級更高的線程執(zhí)行機會。
- sleep()方法 會將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài),直到經(jīng)過阻塞時間才會轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài);而yield()不會將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài),它只是強制當前線程進入就緒狀態(tài)。因此完全有可能某個線程調(diào)用yield()方法暫停之后,立即再次獲得處理器資源被執(zhí)行。
- sleep()方法聲明拋出了InterruptedException異常,所以調(diào)用sleep()方法時要么捕捉該異常,要么顯式聲明拋出該異常:而yield()方法則沒有聲明拋出任何異常。
- sleep()方法比yield()方法有更好的可移植性,通常不建議使用yield()方法來控制并發(fā)線程的執(zhí)行。
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