每日一面 - java里的wait()和sleep()的区别

一句话总结：sleep方法是当前线程休眠，让出cpu，不释放锁，这是Thread的静态方法；wait方法是当前线程等待，释放锁，这是Object的方法。同时要注意，Java 14 之后引入的 inline class 是没有 wait 方法的

Sleep()原理

java复制代码public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

sleep()是Thread中的static方法，也是native实现。就是调用底层的 sleep 函数实现：

arduino复制代码void THREAD_sleep(int seconds) {
#ifdef windows
    Sleep(1000L * seconds);
#else
    sleep(seconds);
#endif
}

linux的sleep函数参考 sleep: man7.org/linux/man-p…

wait(), notify(), notifyAll()

这些属于基本的Java多线程同步类的API，都是native实现：

java复制代码public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
public final native void notify();
public final native void notifyAll();

那么底层实现是怎么回事呢？ 首先我们需要先明确JDK底层实现共享内存锁的基本机制。 每个Object都有一个ObjectMonitor，这个ObjectMonitor中包含三个特殊的数据结构，分别是CXQ（实际上是Contention List），EntryList还有WaitSet；一个线程在同一时间只会出现在他们三个中的一个中。首先来看下CXQ： 一个尝试获取Object锁的线程，如果首次尝试（就是尝试CAS更新轻量锁）失败，那么会进入CXQ；进入的方法就是CAS更新CXQ指针指向自己，如果成功，自己的next指向剩余队列；CXQ是一个LIFO队列，设计成LIFO主要是为了：

1. 进入CXQ队列后，每个线程先进入一段时间的spin自旋状态，尝试获取锁，获取失败的话则进入park状态。这个自旋的意义在于，假设锁的hold时间非常短，如果直接进入park状态的话，程序在用户态和系统态之间的切换会影响锁性能。这个spin可以减少切换；
2. 进入spin状态如果成功获取到锁的话，需要出队列，出队列需要更新自己的头指针，如果位于队列前列，那么需要操作的时间会减少 但是，如果全部依靠这个机制，那么理所当然的，CAS更新队列头的操作会非常频繁。所以，引入了EntryList来减少争用： 假设Thread A是当前锁的Owner，接下来他要释放锁了，那么如果EntryList为null并且cxq不为null，就会从cxq末尾取出一个线程，放入EntryList（注意，EntryList为双向队列），并且标记EntryList其中一个线程为Successor（一般是头节点，这个EntryList的大小可能大于一，一般在notify时，后面会说到），这个Successor接下来会进入spin状态尝试获取锁（注意，在第一次自旋过去后，之后线程一直处于park状态）。如果获取成功，则成为owner，否则，回到EntryList中。 这种利用两个队列减少争用的算法，可以参考： Michael Scott’s “2Q” algorithm 接下来，进入我们的正题，wait方法。如果一个线程成为owner后，执行了wait方法，则会进入WaitSet： Object.wait()底层实现

scss复制代码void ObjectMonitor::wait(jlong millis, bool interruptible, TRAPS) {

    //检查线程合法性
    Thread *const Self = THREAD;
    assert(Self->is_Java_thread(), "Must be Java thread!");
    JavaThread *jt = (JavaThread *) THREAD;
    DeferredInitialize();
    //检查当前线程是否拥有锁
    CHECK_OWNER();
    EventJavaMonitorWait event;
    // 检查中断位
    if (interruptible && Thread::is_interrupted(Self, true) && !HAS_PENDING_EXCEPTION) {
        if (JvmtiExport::should_post_monitor_waited()) {
            JvmtiExport::post_monitor_waited(jt, this, false);
        }
        if (event.should_commit()) {
            post_monitor_wait_event(&event, 0, millis, false);
        }
        TEVENT(Wait - ThrowIEX);
        THROW(vmSymbols::java_lang_InterruptedException());
        return;
    }
    TEVENT(Wait);
    assert(Self->_Stalled == 0, "invariant");
    Self->_Stalled = intptr_t(this);
    jt->set_current_waiting_monitor(this);

    //建立放入WaitSet中的这个线程的封装对象
    ObjectWaiter node(Self);
    node.TState = ObjectWaiter::TS_WAIT;
    Self->_ParkEvent->reset();
    OrderAccess::fence();
    //用自旋方式获取操作waitset的lock，因为一般只有owner线程会操作这个waitset（无论是wait还是notify），所以竞争概率很小（除非响应interrupt事件才会有争用），采用spin方式效率高
    Thread::SpinAcquire(&_WaitSetLock, "WaitSet - add");
    //添加到waitset
    AddWaiter(&node);
    //释放锁，代表现在线程已经进入了waitset，接下来要park了
    Thread::SpinRelease(&_WaitSetLock);

    if ((SyncFlags & 4) == 0) {
        _Responsible = NULL;
    }
    intptr_t save = _recursions; // record the old recursion count
    _waiters++;                  // increment the number of waiters
    _recursions = 0;             // set the recursion level to be 1
    exit(true, Self);                    // exit the monitor
    guarantee(_owner != Self, "invariant");

    // 确保没有unpark事件冲突影响本次park，方法就是主动post一次unpark
    if (node._notified != 0 && _succ == Self) {
        node._event->unpark();
    }

    // 接下来就是park操作了
    。。。。。。。。。
    。。。。。。。。。
}

当另一个owner线程调用notify时，根据Knob_MoveNotifyee这个值，决定将从waitset里面取出的一个线程放到哪里（cxq或者EntrySet）Object.notify()底层实现

ini复制代码void ObjectMonitor::notify(TRAPS) {
    //检查当前线程是否拥有锁
    CHECK_OWNER();
    if (_WaitSet == NULL) {
        TEVENT(Empty - Notify);
        return;
    }
    DTRACE_MONITOR_PROBE(notify, this, object(), THREAD);
    //决定取出来的线程放在哪里
    int Policy = Knob_MoveNotifyee;
    //同样的，用自旋方式获取操作waitset的lock
    Thread::SpinAcquire(&_WaitSetLock, "WaitSet - notify");
    ObjectWaiter *iterator = DequeueWaiter();
    if (iterator != NULL) {
        TEVENT(Notify1 - Transfer);
        guarantee(iterator->TState == ObjectWaiter::TS_WAIT, "invariant");
        guarantee(iterator->_notified == 0, "invariant");
        if (Policy != 4) {
            iterator->TState = ObjectWaiter::TS_ENTER;
        }
        iterator->_notified = 1;
        Thread *Self = THREAD;
        iterator->_notifier_tid = Self->osthread()->thread_id();

        ObjectWaiter *List = _EntryList;
        if (List != NULL) {
            assert(List->_prev == NULL, "invariant");
            assert(List->TState == ObjectWaiter::TS_ENTER, "invariant");
            assert(List != iterator, "invariant");
        }

        if (Policy == 0) {       // prepend to EntryList
            if (List == NULL) {
                iterator->_next = iterator->_prev = NULL;
                _EntryList = iterator;
            } else {
                List->_prev = iterator;
                iterator->_next = List;
                iterator->_prev = NULL;
                _EntryList = iterator;
            }
        } else if (Policy == 1) {      // append to EntryList
            if (List == NULL) {
                iterator->_next = iterator->_prev = NULL;
                _EntryList = iterator;
            } else {
                // CONSIDER:  finding the tail currently requires a linear-time walk of
                // the EntryList.  We can make tail access constant-time by converting to
                // a CDLL instead of using our current DLL.
                ObjectWaiter *Tail;
                for (Tail = List; Tail->_next != NULL; Tail = Tail->_next);
                assert(Tail != NULL && Tail->_next == NULL, "invariant");
                Tail->_next = iterator;
                iterator->_prev = Tail;
                iterator->_next = NULL;
            }
        } else if (Policy == 2) {      // prepend to cxq
            // prepend to cxq
            if (List == NULL) {
                iterator->_next = iterator->_prev = NULL;
                _EntryList = iterator;
            } else {
                iterator->TState = ObjectWaiter::TS_CXQ;
                for (;;) {
                    ObjectWaiter *Front = _cxq;
                    iterator->_next = Front;
                    if (Atomic::cmpxchg_ptr(iterator, &_cxq, Front) == Front) {
                        break;
                    }
                }
            }
        } else if (Policy == 3) {      // append to cxq
            iterator->TState = ObjectWaiter::TS_CXQ;
            for (;;) {
                ObjectWaiter *Tail;
                Tail = _cxq;
                if (Tail == NULL) {
                    iterator->_next = NULL;
                    if (Atomic::cmpxchg_ptr(iterator, &_cxq, NULL) == NULL) {
                        break;
                    }
                } else {
                    while (Tail->_next != NULL) Tail = Tail->_next;
                    Tail->_next = iterator;
                    iterator->_prev = Tail;
                    iterator->_next = NULL;
                    break;
                }
            }
        } else {
            ParkEvent *ev = iterator->_event;
            iterator->TState = ObjectWaiter::TS_RUN;
            OrderAccess::fence();
            ev->unpark();
        }

        if (Policy < 4) {
            iterator->wait_reenter_begin(this);
        }

        // _WaitSetLock protects the wait queue, not the EntryList.  We could
        // move the add-to-EntryList operation, above, outside the critical section
        // protected by _WaitSetLock.  In practice that's not useful.  With the
        // exception of  wait() timeouts and interrupts the monitor owner
        // is the only thread that grabs _WaitSetLock.  There's almost no contention
        // on _WaitSetLock so it's not profitable to reduce the length of the
        // critical section.
    }
    //释放waitset的lock
    Thread::SpinRelease(&_WaitSetLock);

    if (iterator != NULL && ObjectMonitor::_sync_Notifications != NULL) {
        ObjectMonitor::_sync_Notifications->inc();
    }
}

对于NotifyAll就很好推测了，这里不再赘述；

本文转载自: 掘金

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