多線程 yield 方法

1. 前言

本節(jié)對(duì) yield 方法進(jìn)行深入的剖析，主要內(nèi)容點(diǎn)如下：

• 首先要了解什么是 CPU 執(zhí)行權(quán)，因?yàn)?yield 方法與 CPU 執(zhí)行權(quán)息息相關(guān)；
• 了解 yield 方法的作用，要明確 yield 方法的使用所帶來(lái)的運(yùn)行效果；
• 了解什么是 native 方法，由于 yield 方法是 native 方法的調(diào)用，在學(xué)習(xí) yield 方法之前，要了解什么是 native 方法；
• 掌握 yield 方法如何使用，這是本節(jié)知識(shí)點(diǎn)的重中之重，一定要著重學(xué)習(xí)；
• 了解 yield 方法和 sleep 方法的區(qū)別，進(jìn)行對(duì)比記憶，更有助于掌握該方法的獨(dú)有特性。

2. 什么是 CPU 執(zhí)行權(quán)

我們知道操作系統(tǒng)是為每個(gè)線程分配一個(gè)時(shí)間片來(lái)占有 CPU 的，正常情況下當(dāng)一個(gè)線程把分配給自己的時(shí)間片使用完后，線程調(diào)度器才會(huì)進(jìn)行下一輪的線程調(diào)度，這里所說(shuō)的 “自己占有的時(shí)間片” 即 CPU 分配給線程的執(zhí)行權(quán)。

那進(jìn)一步進(jìn)行探究，何為讓出 CPU 執(zhí)行權(quán)呢？
當(dāng)一個(gè)線程通過(guò)某種可行的方式向操作系統(tǒng)提出讓出 CPU 執(zhí)行權(quán)時(shí)，就是在告訴線程調(diào)度器自己占有的時(shí)間片中還沒(méi)有使用完的部分自己不想使用了，主動(dòng)放棄剩余的時(shí)間片，并在合適的情況下，重新獲取新的執(zhí)行時(shí)間片。

3. yield 方法的作用

方法介紹：Thread 類中有一個(gè)靜態(tài)的 yield 方法，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用 yield 方法時(shí)，實(shí)際就是在暗示線程調(diào)度器當(dāng)前線程請(qǐng)求讓出自己的 CPU 使用權(quán)。

public static native void yield();

Tips：從這個(gè)源碼中我們能夠看到如下兩點(diǎn)要點(diǎn)：

1. yield 方法是一個(gè)靜態(tài)方法，靜態(tài)方法的特點(diǎn)是可以由類直接進(jìn)行調(diào)用，而不需要進(jìn)行對(duì)象 new 的創(chuàng)建，調(diào)用方式為 Thread.yield ()。
2. 該方法除了被 static 修飾，還被 native 修飾，那么進(jìn)入主題，什么是 native 方法呢？我們繼續(xù)來(lái)看下文的講解。

抽象地講，一個(gè) Native Method 就是一個(gè) Java 調(diào)用的非 Java 代碼的接口。一個(gè) Native Method 是這樣一個(gè) Java 的方法：該方法的實(shí)現(xiàn)由非 java 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，native 方法就是我們自己電腦的方法接口，比如 Windows 電腦會(huì)提供一個(gè) yield 方法，Linux 系統(tǒng)的電腦也同樣會(huì)提供一個(gè) yield 方法，本地方法，可以理解為操作調(diào)用操作系統(tǒng)的方法接口。

作用：暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象（及放棄當(dāng)前擁有的 cup 資源），并執(zhí)行其他線程。yield () 做的是讓當(dāng)前運(yùn)行線程回到可運(yùn)行狀態(tài)，以允許具有相同優(yōu)先級(jí)的其他線程獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)。

目的：yield 即 “謙讓”，使用 yield () 的目的是讓具有相同優(yōu)先級(jí)的線程之間能適當(dāng)?shù)妮嗈D(zhuǎn)執(zhí)行。但是，實(shí)際中無(wú)法保證 yield () 達(dá)到謙讓目的，因?yàn)榉艞?CPU 執(zhí)行權(quán)的線程還有可能被線程調(diào)度程序再次選中。

4. yield 方法如何使用

為了更好的了解 yield 方法的使用，我們首先來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)使用的場(chǎng)景。
場(chǎng)景設(shè)計(jì)：

• 創(chuàng)建一個(gè)線程，線程名為 threadOne；
• 打印一個(gè)數(shù)，該數(shù)的值為從 1 加到 10000000 的和；
• 不使用 yield 方法正常執(zhí)行，記錄總的執(zhí)行時(shí)間；
• 加入 yield 方法，再次執(zhí)行程序；
• 再次記錄總執(zhí)行時(shí)間。

期望結(jié)果： 未加入 yield 方法之前打印的時(shí)間 < 加入 yield 方法之后的打印時(shí)間。因?yàn)?yield 方法在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)放棄 CPU 執(zhí)行權(quán)并從新獲取新的 CPU 執(zhí)行權(quán)。

代碼實(shí)現(xiàn) - 正常執(zhí)行：

public class DemoTest extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        int count = 0;
        for (int i = 1; i <= 10000000; i++) {
             count = count + i;
        }
        Long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("總執(zhí)行時(shí)間： "+ (end-start) + " 毫秒, 結(jié)果 count = " + count);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DemoTest threadOne = new DemoTest();
        threadOne. start();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證：

總執(zhí)行時(shí)間： 6 毫秒. 

代碼實(shí)現(xiàn) - yield 執(zhí)行：

public class DemoTest extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        int count = 0;
        for (int i = 1; i <= 10000000; i++) {
             count = count + i;
             this.yield(); // 加入 yield 方法
        }
        Long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("總執(zhí)行時(shí)間： "+ (end-start) + " 毫秒. ");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DemoTest threadOne = new DemoTest();
        threadOne. start();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證：

總執(zhí)行時(shí)間： 5377 毫秒. 

從執(zhí)行的結(jié)果來(lái)看，與我們對(duì) yield 方法的理解和分析完全相符，請(qǐng)同學(xué)也進(jìn)行代碼的編寫和運(yùn)行，加深學(xué)習(xí)印象。當(dāng)加入 yield 方法執(zhí)行時(shí)，線程會(huì)放棄 CPU 的執(zhí)行權(quán)，并等待再次獲取新的執(zhí)行權(quán)，所以執(zhí)行時(shí)間上會(huì)更加的長(zhǎng)。

5. yield 方法和 sleep 方法的區(qū)別

• sleep () 方法給其他線程運(yùn)行機(jī)會(huì)時(shí)不考慮線程的優(yōu)先級(jí)，因此會(huì)給低優(yōu)先級(jí)的線程以運(yùn)行的機(jī)會(huì)；
• yield () 方法只會(huì)給相同優(yōu)先級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)的線程以運(yùn)行的機(jī)會(huì)；
• 線程執(zhí)行 sleep () 方法后轉(zhuǎn)入阻塞 (blocked) 狀態(tài)，而執(zhí)行 yield () 方法后轉(zhuǎn)入就緒 (ready) 狀態(tài)；
• sleep () 方法聲明會(huì)拋出 InterruptedException, 而 yield () 方法沒(méi)有聲明任何異常；
• sleep () 方法比 yield () 方法具有更好的移植性 (跟操作系統(tǒng) CPU 調(diào)度相關(guān))。

6. 小結(jié)

在實(shí)際的開(kāi)發(fā)場(chǎng)景中，yield 方法的使用場(chǎng)景比較少，但是對(duì)于并發(fā)原理知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì) yield 方法的了解非常重要，有助于同學(xué)了解不同狀態(tài)下的線程的不同狀態(tài)。
本節(jié)要重點(diǎn)掌握 yield 方法的作用以及如何使用 yield 方法。