Thread.Sleep 与 Thread.onSpinWait

Thread.Sleep

一般情况下，我们让线程等待一段时间都是使用Thread.sleep()命令。比如下面这个demo示例：

@Test
public void test9() throws InterruptedException {
    new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
        try {
            while (!b) {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);// 其内部也是调用的Thread.sleep实现的
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");
    }).start();

    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    b = true;
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");
}

运行结果：

Thread-0 开始执行
Thread-0 执行完毕
main 执行完毕

如果我们想要停顿的时间足够短，取一个极端情况，等待时间为0millis: Thread.Sleep(0)，那么每次都会停顿0毫秒，然后返回。

但是Thread.Sleep(0)让线程挂起0millis的意义在哪里？意义在于这次调用Thread.Sleep(0)的当前线程暂时放弃cpu，让出CPU使用权，释放当前线程所剩余的时间片（如果有剩余的话），可以让操作系统切换其他线程来执行，就相当于一个让位动作。

然后由于CPU大多是抢占式的，这里让出了CPU，然后停顿0millis，继续去抢占CPU，这个时候不一定会抢得到哦，CPU可能会被其他线程抢走。

在线程没退出之前，线程有三个状态，就绪态，运行态，等待态。sleep(n)之所以在n秒内不会参与CPU竞争，是因为，当线程调用sleep(n)的时候，线程是由运行态转入等待态，线程被放入等待队列中，等待定时器n秒后的中断事件，当到达n秒计时后，线程才重新由等待态转入就绪态，被放入就绪队列中，等待队列中的线程是不参与cpu竞争的，只有就绪队列中的线程才会参与cpu竞争，所谓的cpu调度，就是根据一定的算法（优先级，FIFO等。。。），从就绪队列中选择一个线程来分配cpu时间。

而sleep(0)之所以马上回去参与cpu竞争，是因为调用sleep(0)后，因为0的原因，线程直接回到就绪队列，而非进入等待队列，只要进入就绪队列，那么它就参与cpu竞争。

综上所述，如果想要在循环中让线程等待一段时间，但是又想等待的时间足够短，那么就可以使用Thread.Sleep(0)。这样比直接空循环会节省一些CPU资源。但是每次线程都要挂起转移到等待队列，这也会消耗不少时间，因此即使设置的是等待0，他还是会有一点点的等待时间。

Thread.onSpinWait

onSpinWait方法默认是空实现。它被@HotSpotIntrinsicCandidate修饰。JDK的源码中，被@HotSpotIntrinsicCandidate标注的方法，在HotSpot中都有一套高效的实现，该高效实现基于CPU指令，运行时，HotSpot维护的高效实现会替代JDK的源码实现，从而获得更高的效率。
具体HotSpot做了哪些优化，后续再研究吧。或者哪位大神知道可以分享一下。

@HotSpotIntrinsicCandidate
public static void onSpinWait() {}

int a = 1000000,b=1000000,c=1000000;

@Test
public void test10() throws InterruptedException {

    new Thread(() -> {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
        while (a-->0) {
            try {
                Thread.sleep(0);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕  " + (System.currentTimeMillis() - begin));
    }, "a").start();

    new Thread(() -> {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
        while (b-->0) {
            Thread.onSpinWait();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕 " + (System.currentTimeMillis() - begin));
    }, "b").start();

    new Thread(() -> {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
        while (c-->0) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕 " + (System.currentTimeMillis() - begin));
    }, "c").start();

    Thread.sleep(1000000000);
}

输出：

a 开始执行
b 开始执行
c 开始执行
c 执行完毕 21
b 执行完毕 60
a 执行完毕  500

上述程序，循环等待100W次。使用Thread.onSpinWait();比Thread.sleep(0);性能要好。
但是c线程空循环耗时最少。不过区别在于空循环不会使用到虚拟机的优化。
官方文档提到：

The code above would remain correct even if the {@code onSpinWait} method was not called at all. However on some architectures the Java Virtual Machine may issue the processor instructions to address such  code patterns in a more beneficial way.

简单翻译一下就是：即使不调用Thread.onSpinWait();程序也可以正常运行，但是在一些架构中，HotSpot虚拟机会对其进行优化。

总结

• 使用Thread.onSpinWait();比Thread.sleep(0);性能要好。
• Thread.onSpinWait(); 到底比空循环好在哪里，还没有搞清楚。
• JDk源码中应用也比较少：Phaser, StampedLock，SynchronousQueue