多線程 yield 方法

1. 前言

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

• 首先要了解什么是 CPU 執(zhí)行權(quán)，因為 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)知識點的重中之重，一定要著重學(xué)習(xí)；
• 了解 yield 方法和 sleep 方法的區(qū)別，進(jìn)行對比記憶，更有助于掌握該方法的獨有特性。

2. 什么是 CPU 執(zhí)行權(quán)

我們知道操作系統(tǒng)是為每個線程分配一個時間片來占有 CPU 的，正常情況下當(dāng)一個線程把分配給自己的時間片使用完后，線程調(diào)度器才會進(jìn)行下一輪的線程調(diào)度，這里所說的 “自己占有的時間片” 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)一個線程通過某種可行的方式向操作系統(tǒng)提出讓出 CPU 執(zhí)行權(quán)時，就是在告訴線程調(diào)度器自己占有的時間片中還沒有使用完的部分自己不想使用了，主動放棄剩余的時間片，并在合適的情況下，重新獲取新的執(zhí)行時間片。

3. yield 方法的作用

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

public static native void yield();

Tips：從這個源碼中我們能夠看到如下兩點要點：

1. yield 方法是一個靜態(tài)方法，靜態(tài)方法的特點是可以由類直接進(jìn)行調(diào)用，而不需要進(jìn)行對象 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)來看下文的講解。

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

簡單的來說，native 方法就是我們自己電腦的方法接口，比如 Windows 電腦會提供一個 yield 方法，Linux 系統(tǒng)的電腦也同樣會提供一個 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)先級的其他線程獲得運(yùn)行機(jī)會。

目的：yield 即 “謙讓”，使用 yield () 的目的是讓具有相同優(yōu)先級的線程之間能適當(dāng)?shù)妮嗈D(zhuǎn)執(zhí)行。但是，實際中無法保證 yield () 達(dá)到謙讓目的，因為放棄 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，我們首先來設(shè)計一個使用的場景。
場景設(shè)計：

• 創(chuàng)建一個線程，線程名為 threadOne；
• 打印一個數(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)行時間；
• 加入 yield 方法，再次執(zhí)行程序；
• 再次記錄總執(zhí)行時間。

期望結(jié)果： 未加入 yield 方法之前打印的時間 < 加入 yield 方法之后的打印時間。因為 yield 方法在執(zhí)行過程中會放棄 CPU 執(zhí)行權(quán)并從新獲取新的 CPU 執(zhí)行權(quán)。

代碼實現(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)果驗證：

總執(zhí)行時間： 6 毫秒. 

代碼實現(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)果驗證：

總執(zhí)行時間： 5377 毫秒. 

從執(zhí)行的結(jié)果來看，與我們對 yield 方法的理解和分析完全相符，請同學(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，線程會放棄 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)行時間上會更加的長。

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)會時不考慮線程的優(yōu)先級，因此會給低優(yōu)先級的線程以運(yùn)行的機(jī)會；
• yield () 方法只會給相同優(yōu)先級或更高優(yōu)先級的線程以運(yùn)行的機(jī)會；
• 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 () 方法聲明會拋出 InterruptedException, 而 yield () 方法沒有聲明任何異常；
• 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)

在實際的開發(fā)場景中，yield 方法的使用場景比較少，但是對于并發(fā)原理知識的學(xué)習(xí)過程，對 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)要重點掌握 yield 方法的作用以及如何使用 yield 方法。