Thread.sleep()关于让不让出cpu时间片

2023-05-16

1.证明

思路:反证法。假如Thread.sleep(),不让出cpu时间片,创建1000个线程,每个线程执行sleep()方法。则cpu的使用率一定很高,贴上代码:

   public static void main(String[] args) {

        class Worker extends Thread {

            public void run() {

                while (true) {

                    try {

                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

                    } catch (InterruptedException e) {

                        e.printStackTrace();

                    }

                }

            }

        }



        for (int i = 0; i < 1000; i++) {

            Worker worker = new Worker();

            worker.start();

        }

    }


实际结果::根本没有什么cpu使用率。
在这里插入图片描述
如有测试方式有误,敬请指正,这个问题纠结好久啦。

2. 网上关于正反两派观点:

### 正方:
sleep()方法:
当程序运行到Thread.sleep(100L);时,休眠100毫秒,同时交出CPU时间片,100毫秒后,重新进入可运行状态,等待CPU重新分配时间片,而线程交出时间片时,CPU拿到时间片,由操作系统负责在客运行状态的线程中选中并分配时间片
wait()方法:程序在运行时,遇到wait()方法,这时线程进入当前对象的等待队列并交出CPU,等待其他线程notifyALL()时,才能重新回到可运行状态,等待OS分配CPU

本part原文:https://blog.csdn.net/huayushuangfei/article/details/73382316
### 反方:

sleep是线程被调用时,占着cpu去睡觉,其他线程不能占用cpu,os认为该线程正在工作,不会让出系统资源,wait是进入等待池等待,让出系统资源,其他线程可以占用cpu,一般wait不会加时间限制,因为如果wait的线程运行资源不够,再出来也没用,要等待其他线程调用notifyall方法唤醒等待池中的所有线程,才会在进入就绪序列等待os分配系统资源,sleep是静态方法,是谁掉的谁去睡觉,就算是在main线程里调用了线程b的sleep方法,实际上还是main去睡觉,想让线程b去睡觉要在b的代码中掉sleepsleep(100L)是占用cpu,线程休眠100毫秒,其他进程不能再占用cpu资源,wait(100L)是进入等待池中等待,交出cpu等系统资源供其他进程使用,在这100毫秒中,该线程可以被其他线程notify,但不同的是其他在等待池中的线程不被notify不会出来,但这个线程在等待100毫秒后会自动进入就绪队列等待系统分配资源,换句话说,sleep(100)在100毫秒后肯定会运行,但wait在100毫秒后还有等待os调用分配资源,所以wait100的停止运行时间是不确定的,但至少是100毫秒

(个人觉得我做的demo反驳了这个观点)
争论:

  1. 在这里插入图片描述

  2. https://blog.csdn.net/lz710117239/article/details/79288605 的内容及其评论

  3. 在这里插入图片描述
    等等

3.调研

3.1 sleep方法的注解

在这里插入图片描述
翻译:让当前执行的线程休眠(暂时停止运行)指定的毫秒数,精度取决于系统时钟和调度器的精度。线程不会失去释放锁资料。
** 并没有明确提出CPU的事情**

3.2 Thread.sleep(0)

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:

1. 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?
2. 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。

另外,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。
本part原文:http://www.cnblogs.com/ILove/archive/2008/04/07/1140419.html

结论:

Thread.sleep()方法是会让出时间片的。
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