Java中线程的yield(),sleep()以及wait()的区别

2023-03-11 16:01:51

从操作系统的角度讲，os会维护一个ready queue（就绪的线程队列）。并且在某一时刻cpu只为ready queue中位于队列头部的线程服务。

但是当前正在被服务的线程可能觉得cpu的服务质量不够好，于是提前退出，这就是yield。
或者当前正在被服务的线程需要睡一会，醒来后继续被服务，这就是sleep。

sleep方法不推荐使用，可用wait。
线程退出最好自己实现，在运行状态中一直检验一个状态，如果这个状态为真，就一直运行，如果外界更改了这个状态变量，那么线程就停止运行。

sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会执行；yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
sleep()可使优先级低的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级和高优先级的线程有执行的机会；yield()只能使同优先级的线程有执行的机会。

当调用wait()后，线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使线程所在对象中的其它synchronized数据可被别的线程使用。

waite ()和notify()因为会对对象的“锁标志”进行操作，所以它们必须在synchronized函数或synchronized　block中进行调用。如果在non-synchronized函数或non-synchronized　block中进行调用，虽然能编译通过，但在运行时会发生IllegalMonitorStateException的异常。

彻底明白多线程通信机制：

线程间的通信
1.    线程的几种状态
线程有四种状态，任何一个线程肯定处于这四种状态中的一种：
1)   产生（New）：线程对象已经产生，但尚未被启动，所以无法执行。如通过new产生了一个线程对象后没对它调用start()函数之前。
2) 可执行（Runnable）：每个支持多线程的系统都有一个排程器，排程器会从线程池中选择一个线程并启动它。当一个线程处于可执行状态时，表示它可能正处于线程池中等待排排程器启动它；也可能它已正在执行。如执行了一个线程对象的start()方法后，线程就处于可执行状态，但显而易见的是此时线程不一定正在执行中。
3)   死亡（Dead）：当一个线程正常结束，它便处于死亡状态。如一个线程的run()函数执行完毕后线程就进入死亡状态。
4)   停滞（Blocked）：当一个线程处于停滞状态时，系统排程器就会忽略它，不对它进行排程。当处于停滞状态的线程重新回到可执行状态时，它有可能重新执行。如通过对一个线程调用wait()函数后，线程就进入停滞状态，只有当两次对该线程调用notify或notifyAll后它才能两次回到可执行状态。
2.    class　Thread下的常用函数函数

2.1    suspend()、resume()
1)    通过suspend()函数，可使线程进入停滞状态。通过suspend()使线程进入停滞状态后，除非收到resume()消息，否则该线程不会变回可执行状态。
2)    当调用suspend()函数后，线程不会释放它的“锁标志”。
例11：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public synchronized void run(){
            if(shareVar==0){
                for(int i=0; i<5; i++){
                    shareVar++;
                    if(shareVar==5){
                        this.suspend();　//（1）
                    }
                }
            }
            else{
                System.out.print(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(" shareVar = " + shareVar);
                this.resume();　//（2）
            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
t1.start();　//（5）
            //t1.start();　//（3）
            t2.start();　//（4）
        }
}
运行结果为：
t2 shareVar = 5
i.    当代码（5）的t1所产生的线程运行到代码（1）处时，该线程进入停滞状态。然后排程器从线程池中唤起代码（4）的t2所产生的线程，此时shareVar值不为0，所以执行else中的语句。
ii.     也许你会问，那执行代码（2）后为什么不会使t1进入可执行状态呢？正如前面所说，t1和t2是两个不同对象的线程，而代码（1）和（2）都只对当前对象进行操作，所以t1所产生的线程执行代码（1）的结果是对象t1的当前线程进入停滞状态；而t2所产生的线程执行代码（2）的结果是把对象t2中的所有处于停滞状态的线程调回到可执行状态。
iii.    那现在把代码（4）注释掉，并去掉代码（3）的注释，是不是就能使t1重新回到可执行状态呢？运行结果是什么也不输出。为什么会这样呢？也许你会认为，当代码（5）所产生的线程执行到代码（1）时，它进入停滞状态；而代码（3）所产生的线程和代码（5）所产生的线程是属于同一个对象的，那么就当代码（3）所产生的线程执行到代码（2）时，就可使代码（5）所产生的线程执行回到可执行状态。但是要清楚，suspend()函数只是让当前线程进入停滞状态，但并不释放当前线程所获得的“锁标志”。所以当代码（5）所产生的线程进入停滞状态时，代码（3）所产生的线程仍不能启动，因为当前对象的“锁标志”仍被代码（5）所产生的线程占有。

2.2  sleep()
1)    sleep ()函数有一个参数，通过参数可使线程在指定的时间内进入停滞状态，当指定的时间过后，线程则自动进入可执行状态。
2)    当调用sleep ()函数后，线程不会释放它的“锁标志”。
例12：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public synchronized void run(){
            for(int i=0; i<3; i++){
                System.out.print(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(" : " + i);
                try{
                    Thread.sleep(100);　//（4）
                }
                catch(InterruptedException e){
                    System.out.println("Interrupted");
                }
            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
            TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
            t1.start();　（1）
            t1.start();　（2）
            //t2.start();　（3）
        }
}
运行结果为：
t1 : 0
t1 : 1
t1 : 2
t1 : 0
t1 : 1
t1 : 2
由结果可证明，虽然在run()中执行了sleep()，但是它不会释放对象的“锁标志”，所以除非代码(1)的线程执行完run()函数并释放对象的“锁标志”，否则代码（2）的线程永远不会执行。
                如果把代码（2）注释掉，并去掉代码（3）的注释，结果将变为：
t1 : 0
t2 : 0
t1 : 1
t2 : 1
t1 : 2
t2 : 2
由于t1和t2是两个对象的线程，所以当线程t1通过sleep()进入停滞时，排程器会从线程池中调用其它的可执行线程，从而t2线程被启动。
                例13：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public synchronized void run(){
            for(int i=0; i<5; i++){
                System.out.print(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(" : " + i);
                try{
                    if(Thread.currentThread().getName().equals("t1"))
                        Thread.sleep(200);
                    else
                        Thread.sleep(100);
                }
                catch(InterruptedException e){
                    System.out.println("Interrupted");
                }
            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
            TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
            t1.start();
            //t1.start();
            t2.start();
        }
    }
运行结果为：
t1 : 0
t2 : 0
t2 : 1
t1 : 1
t2 : 2
t2 : 3
t1 : 2
t2 : 4
t1 : 3
t1 : 4
由于线程t1调用了sleep(200)，而线程t2调用了sleep(100)，所以线程t2处于停滞状态的时间是线程t1的一半，从从结果反映出来的就是线程t2打印两倍次线程t1才打印一次。

2.3    yield()
1)    通过yield ()函数，可使线程进入可执行状态，排程器从可执行状态的线程中重新进行排程。所以调用了yield()的函数也有可能马上被执行。
2)    当调用yield ()函数后，线程不会释放它的“锁标志”。
例14：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public synchronized void run(){
            for(int i=0; i<4; i++){
                System.out.print(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(" : " + i);
                Thread.yield();
            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
            TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
            t1.start();
            t1.start();　//（1）
            //t2.start();　（2）
        }
}
运行结果为：
t1 : 0
t1 : 1
t1 : 2
t1 : 3
t1 : 0
t1 : 1
t1 : 2
t1 : 3
从结果可知调用yield()时并不会释放对象的“锁标志”。
                如果把代码（1）注释掉，并去掉代码（2）的注释，结果为：
t1 : 0
t1 : 1
t2 : 0
t1 : 2
t2 : 1
t1 : 3
t2 : 2
t2 : 3
从结果可知，虽然t1线程调用了yield()，但它马上又被执行了。

2.4    sleep()和yield()的区别
1)    sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会执行；yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
2)    sleep()可使优先级低的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级和高优先级的线程有执行的机会；yield()只能使同优先级的线程有执行的机会。
例15：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public void run(){
            for(int i=0; i<4; i++){
                System.out.print(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(" : " + i);
                //Thread.yield();　（1）
                /* （2） */
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }
                catch(InterruptedException e){
                    System.out.println("Interrupted");
                }

            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
            TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
            t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
            t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
            t1.start();
            t2.start();
        }
}
运行结果为：
t1 : 0
t1 : 1
t2 : 0
t1 : 2
t2 : 1
t1 : 3
t2 : 2
t2 : 3
由结果可见，通过sleep()可使优先级较低的线程有执行的机会。注释掉代码（2），并去掉代码（1）的注释，结果为：
t1 : 0
t1 : 1
t1 : 2
t1 : 3
t2 : 0
t2 : 1
t2 : 2
t2 : 3
可见，调用yield()，不同优先级的线程永远不会得到执行机会。
2.5    join()
使调用join()的线程执行完毕后才能执行其它线程，在一定意义上，它可以实现同步的功能。
例16：
    class TestThreadMethod extends Thread{
        public static int shareVar = 0;
        public TestThreadMethod(String name){
            super(name);
        }
        public void run(){
            for(int i=0; i<4; i++){
                System.out.println(" " + i);
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }
                catch(InterruptedException e){
                    System.out.println("Interrupted");
                }
            }
        }
    }
    public class TestThread{
        public static void main(String[] args){
            TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
            t1.start();
            try{
                t1.join();
            }
            catch(InterruptedException e){}
            t1.start();
        }
}
运行结果为：
0
1
2
3
0
1
2
3

3. class　Object下常用的线程函数
wait()、notify()和notifyAll()这三个函数由Java.lang.Object类提供，用于协调多个线程对共享数据的存取。
3.1 wait()、notify()和notifyAll()
1) wait()函数有两种形式：第一种形式接受一个毫秒值，用于在指定时间长度内暂停线程，使线程进入停滞状态。第二种形式为不带参数，代表waite()在notify()或notifyAll()之前会持续停滞。
2) 当对一个对象执行notify()时，会从线程等待池中移走该任意一个线程，并把它放到锁标志等待池中；当对一个对象执行notifyAll()时，会从线程等待池中移走所有该对象的所有线程，并把它们放到锁标志等待池中。
3) 当调用wait()后，线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使线程所在对象中的其它synchronized数据可被别的线程使用。
例17：
下面，我们将对例11中的例子进行修改
class TestThreadMethod extends Thread{
public static int shareVar = 0;
public TestThreadMethod(String name){
super(name);
}
public synchronized void run(){
if(shareVar==0){
for(int i=0; i<10; i++){
shareVar++;
if(shareVar==5){
try{
this.wait();　//（4）
}
catch(InterruptedException e){}
}
}
}
if(shareVar!=0){
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
System.out.println(" shareVar = " + shareVar);
this.notify();　//（5）
}
}
}
public class TestThread{
public static void main(String[] args){
TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
TestThreadMethod t2 = new TestThreadMethod("t2");
t1.start();　//（1）
//t1.start();　（2）
t2.start();　//（3）
}
}
运行结果为：
t2 shareVar = 5
因为t1和t2是两个不同对象，所以线程t2调用代码（5）不能唤起线程t1。如果去掉代码（2）的注释，并注释掉代码（3），结果为：
t1 shareVar = 5
t1 shareVar = 10
这是因为，当代码（1）的线程执行到代码（4）时，它进入停滞状态，并释放对象的锁状态。接着，代码（2）的线程执行run()，由于此时shareVar 值为5，所以执行打印语句并调用代码（5）使代码（1）的线程进入可执行状态，然后代码（2）的线程结束。当代码（1）的线程重新执行后，它接着执行 for()循环一直到shareVar=10，然后打印shareVar。
3.2 wait()、notify()和synchronized
waite ()和notify()因为会对对象的“锁标志”进行操作，所以它们必须在synchronized函数或synchronized　block中进行调用。如果在non-synchronized函数或non-synchronized　block中进行调用，虽然能编译通过，但在运行时会发生IllegalMonitorStateException的异常。
例18：
class TestThreadMethod extends Thread{
public int shareVar = 0;
public TestThreadMethod(String name){
super(name);
new Notifier(this);
}
public synchronized void run(){
if(shareVar==0){
for(int i=0; i<5; i++){
shareVar++;
System.out.println("i = " + shareVar);
try{
System.out.println("wait......");
this.wait();
}
catch(InterruptedException e){}
}
}
}
}
class Notifier extends Thread{
private TestThreadMethod ttm;
Notifier(TestThreadMethod t){
ttm = t;
start();
}
public void run(){
while(true){
try{
sleep(2000);
}
catch(InterruptedException e){}
/*1 要同步的不是当前对象的做法 */
synchronized(ttm){
System.out.println("notify......");
ttm.notify();
}
}
}
}
public class TestThread{
public static void main(String[] args){
TestThreadMethod t1 = new TestThreadMethod("t1");
t1.start();
}
}
运行结果为：
i = 1
wait......
notify......
i = 2
wait......
notify......
i = 3
wait......
notify......
i = 4
wait......
notify......
i = 5
wait......
notify......
4. wait()、notify()、notifyAll()和suspend()、resume()、sleep()的讨论
4.1 这两组函数的区别
1) wait()使当前线程进入停滞状态时，还会释放当前线程所占有的“锁标志”，从而使线程对象中的synchronized资源可被对象中别的线程使用；而suspend()和sleep()使当前线程进入停滞状态时不会释放当前线程所占有的“锁标志”。
2) 前一组函数必须在synchronized函数或synchronized　block中调用，否则在运行时会产生错误；而后一组函数可以non-synchronized函数和synchronized　block中调用。
4.2 这两组函数的取舍
Java2已不建议使用后一组函数。因为在调用wait()时不会释放当前线程所取得的“锁标志”，这样很容易造成“死锁”。

我们可能经常会用到 Thread.Sleep 函数来使线程挂起一段时间。那么你有没有正确的理解这个函数的用法呢？思考下面这两个问题：

假设现在是 2008-4-7 12:00:00.000，如果我调用一下 Thread.Sleep(1000) ，在 2008-4-7 12:00:01.000 的时候，这个线程会不会被唤醒？
某人的代码中用了一句看似莫明其妙的话：Thread.Sleep(0) 。既然是 Sleep 0 毫秒，那么他跟去掉这句代码相比，有啥区别么？

我们先回顾一下操作系统原理。

操作系统中，CPU竞争有很多种策略。Unix系统使用的是时间片算法，而Windows则属于抢占式的。

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。

所谓抢占式操作系统，就是说如果一个进程得到了 CPU 时间，除非它自己放弃使用 CPU ，否则将完全霸占 CPU 。因此可以看出，在抢占式操作系统中，操作系统假设所有的进程都是“人品很好”的，会主动退出 CPU 。

在抢占式操作系统中，假设有若干进程，操作系统会根据他们的优先级、饥饿时间（已经多长时间没有使用过 CPU 了），给他们算出一个总的优先级来。操作系统就会把 CPU 交给总优先级最高的这个进程。当进程执行完毕或者自己主动挂起后，操作系统就会重新计算一次所有进程的总优先级，然后再挑一个优先级最高的把 CPU 控制权交给他。

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PPMM，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丑男，而去很ws，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PPMM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”。

看完了 Thread.Sleep 的作用，我们再来想想文章开头的两个问题。

对于第一个问题，答案是：不一定。因为你只是告诉操作系统：在未来的1000毫秒内我不想再参与到CPU竞争。那么1000毫秒过去之后，这时候也许另外一个线程正在使用CPU，那么这时候操作系统是不会重新分配CPU的，直到那个线程挂起或结束；况且，即使这个时候恰巧轮到操作系统进行CPU 分配，那么当前线程也不一定就是总优先级最高的那个，CPU还是可能被其他线程抢占去。

与此相似的，Thread有个Resume函数，是用来唤醒挂起的线程的。好像上面所说的一样，这个函数只是“告诉操作系统我从现在起开始参与CPU竞争了”，这个函数的调用并不能马上使得这个线程获得CPU控制权。

对于第二个问题，答案是：有，而且区别很明显。假设我们刚才的分蛋糕场景里面，有另外一个PPMM 7号，她的优先级也非常非常高（因为非常非常漂亮），所以操作系统总是会叫道她来吃蛋糕。而且，7号也非常喜欢吃蛋糕，而且饭量也很大。不过，7号人品很好，她很善良，她没吃几口就会想：如果现在有别人比我更需要吃蛋糕，那么我就让给他。因此，她可以每吃几口就跟操作系统说：我们来重新计算一下所有人的总优先级吧。不过，操作系统不接受这个建议——因为操作系统不提供这个接口。于是7号mm就换了个说法：“在未来的0毫秒之内不要再叫我上来吃蛋糕了”。这个指令操作系统是接受的，于是此时操作系统就会重新计算大家的总优先级——注意这个时候是连7号一起计算的，因为“0毫秒已经过去了”嘛。因此如果没有比7号更需要吃蛋糕的人出现，那么下一次7号还是会被叫上来吃蛋糕。

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比如Paint线程获得CPU控制权的权力，这样界面就不会假死在那里。

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。。。因此反应到界面上，看起来就好像这个线程一直在霸占着CPU一样。

末了再说明一下，文中线程、进程有点混乱，其实在Windows原理层面，CPU竞争都是线程级的，本文中把这里的进程、线程看成同一个东西就好了。

码农公寓

相关文章