Thread.sleep的副作用

陈大侠

程序员

很多java程序员喜欢用Thread.sleep方法来让线程睡眠，来实现定时定时轮询效果。

while (true) {
      if( check() ) {
          //执行某个操作
      Thread.sleep(10);
  }

这么做可以让线程每个10毫秒陷入一次睡眠，避免while死循环大量暂用CPU时间。然而Thread.sleep的执行并非没有成本，如果循环中sleep的时间过短，开销也非常大。

sleep的主要开销来自线程的切换，当代码运行到Thread.sleep时，当前线程进入time_wait状态，通常我们会说线程进入睡眠状态，此时该线程不需要占用CPU了，操作系统就会执行一次线程切换，将该线程的CPU时间给其他线程使用，这种切换叫做主动线程切换，是该线程使用sleep主动让出CPU时间，而不是CPU时间用完了操作系统将CPU使用权强行切换给其他线程。

在linux操作系统中有CPU上下文切换的数据统计

执行命令 vmstat 1，就可以看到整个操作系统每1秒CPU上下文切换的统计

其中cs列就是CPU上下文切换的统计。当然，CPU上下文切换不等价于线程切换，很多操作会造成CPU上下文切换

线程、进程切换
系统调用
中断

都会造成CPU上下文切换

如果想看某一个线程\进程的上下文切换情况，有2中方法

使用pidstat命令

执行命令 pidstat -w -p 5598 1 ，显示进程5598每一秒的相称切换情况

其中cswch表示主动切换，nvcswch表示被动切换。从统计数据中看到，该进程每秒主动切换次数达到将近500次，因此代码中存在大量的睡眠\唤醒操作。

从进程的状态信息中查看

通过命令 cat /proc/5598/status 查看进程的状态信息

voluntary_ctxt_switches: 40469351
nonvoluntary_ctxt_switches: 2268

结果中这2项就是该进程从启动到当前总的上下文卡换情况。

网上有人对线程上下文切换时间做过计算，每一次大概需要消耗5微妙左右CPU时间。而每一次sleep会造成2次线程切换，一次切出去，一次切回来，那么就会消耗10微妙CPU时间。这个消耗虽然很小，但是架不住次数多，就像上面的示例进程，每条切换将近500次数，那么这个进程每运行1秒，就会平白浪费500微妙也就是5毫秒在线程切换上，这是一种可耻的浪费。

与此同时，sleep除了会造成线程切换之外，它还是一个系统调用。在linux下用 strace命令跟踪发现，sleep最终执行的操作系统系统调用是 futex

通过命令

strace -ff -t -o log/xx.log java -jar xx.jar

跟踪发现大量如下系统调用日志

17:29:13 futex(0x7f48bc009354, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE, 1, {tv_sec=7710830, tv_nsec=110671740}, 0xffffffff) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out)
17:29:13 futex(0x7f48bc009328, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
17:29:13 futex(0x7f48bc009354, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE, 1, {tv_sec=7710830, tv_nsec=120923628}, 0xffffffff) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out)
17:29:13 futex(0x7f48bc009328, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
17:29:13 futex(0x7f48bc009354, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE, 1, {tv_sec=7710830, tv_nsec=131149338}, 0xffffffff) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out)
17:29:13 futex(0x7f48bc009328, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
17:29:13 futex(0x7f48bc009354, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE, 1, {tv_sec=7710830, tv_nsec=141353193}, 0xffffffff) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out)
17:29:13 futex(0x7f48bc009328, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
17:29:13 futex(0x7f48bc009354, FUTEX_WAIT_BITSET_PRIVATE, 1, {tv_sec=7710830, tv_nsec=151570907}, 0xffffffff) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out)
17:29:13 futex(0x7f48bc009328, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0