面試突擊40：執行緒休眠的方法有幾種？

2022 年 4 月 18 日
筆記
Java面試

在 Java 中，讓執行緒休眠的方法有很多，這些方法大致可以分為兩類，一類是設置時間，在一段時間後自動喚醒，而另一個類是提供了一對休眠和喚醒的方法，在執行緒休眠之後，可以在任意時間對執行緒進行喚醒。

PS：休眠是指讓某個執行緒暫停執行（進入等待狀態），喚醒指的是讓某個暫停的執行緒繼續執行。

執行緒休眠的方法有以下 5 個：

Thread.sleep
TimeUnit
wait
Condition
LockSupport

其中 sleep 和 TimeUnit 是讓執行緒休眠一段時間後自動喚醒，而 wait、Condition、LockSupport 提供了一對休眠和喚醒執行緒的方法，可以實現任意時刻喚醒某個執行緒。

方法1：Thread.sleep

Thread.sleep 方法來自於 Thread 類，它是一個 native 本地方法，其實現源碼如下：

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

Thread.sleep 方法需要傳遞一個 long 類型的毫秒數，表示 n 毫秒之後自動喚醒，它的基礎用法如下：

Thread t1 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("執行緒執行：" + LocalDateTime.now());
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("執行緒結束：" + LocalDateTime.now());
    }
};
t1.start();

以上程式的執行結果如下圖所示：

方法2：TimeUnit

sleep 方法因為要傳遞一個毫秒類型的參數，因此在設置大一點的時間時比較麻煩，比如設置 1 小時或 1 天時，此時我們就可以使用 TimeUnit 來替代 sleep 方法實現休眠。
TimeUnit 的功能和 sleep 一樣，讓執行緒休眠 N 個單位時間之後自動喚醒，它的基礎用法如下：

Thread t1 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("執行緒執行：" + LocalDateTime.now());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 休眠 1s
            //TimeUnit.DAYS.sleep(1); // 休眠 1 天
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("執行緒結束：" + LocalDateTime.now());
    }
};
t1.start();

以上程式的執行結果如下圖所示：

當我們查看 TimeUnit 源碼時就會發現，它的底層是基於 Thread.sleep 方法實現的，其實現源碼如下：

方法3：wait

wait/notify/notifyAll 都來自於 Object 類，其中：

wait() / wait(long timeout)：表示讓當前執行緒進入休眠狀態。
notify()：喚醒當前對象上的一個休眠執行緒。
notifyAll()：喚醒當前對象上的所有休眠執行緒。

其中 wait() 方法表示讓當前執行緒無限期等待下去，直到遇到 notify/notifyAll 方法時才會被喚醒，而 wait(long timeout) 表示接收一個 long 類型的超時時間，如果沒有遇到 notify/notifyAll 會在 long 毫秒之後自動喚醒，如果遇到了 notify/notifyAll 方法會立即被喚醒。
它的基礎用法如下：

Object lock = new Object();
new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        try {
            // 讓當前執行緒休眠
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();
synchronized (lock) {
    lock.notify(); // 喚醒當前對象上一個休眠執行緒
    // lock.notifyAll(); // 喚醒當前對象上所有休眠的執行緒
}

需要注意的是 wait/notify/notifyAll 在使用時必須要配合 synchronized 一起使用，否則程式執行會報錯。

方法4：Condition

Condition 作為 wait 的升級版，它提供的常用方法有以下幾個：

await()：讓當前執行緒進入等待狀態，直到被通知（signal）或者被中斷時才會繼續執行。
awaitUninterruptibly()：讓當前執行緒進入等待狀態，直到被通知才會被喚醒，它對執行緒的中斷通知不做響應。
await(long time, TimeUnit unit)：在 await() 方法的基礎上添加了超時時間，如果過了超時時間還沒有遇到喚醒方法則會自動喚醒並恢復執行。
awaitUntil(Date deadline)：讓當前執行緒進入等待狀態，如果沒有遇到喚醒方法也會在設置的時間之後自動喚醒。
signal()：喚醒一個等待在 Condition 上的執行緒。
signalAll()：喚醒等待在 Condition 上所有的執行緒。

它的基本用法如下：

import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 創建鎖
        final Lock lock = new ReentrantLock();
        // 創建 Condition
        final Condition condition = lock.newCondition();
        new Thread(() -> {
            System.out.println("執行緒執行：" + LocalDateTime.now());
            lock.lock(); // 得到鎖
            try {
                // 休眠執行緒
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock(); // 釋放鎖
            }
            System.out.println("執行緒結束：" + LocalDateTime.now());
        }).start();
        Thread.sleep(1000);
        lock.lock(); // 得到鎖
        try {
            // 喚醒執行緒
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock(); // 釋放鎖
        }
    }
}

相比於 wait 方法，Condition 對象更加靈活，因為它可以在一把鎖上定義多個 Condition 對象進行使用，如下程式碼所示：

 // 創建鎖
final Lock lock = new ReentrantLock();
// 創建 Condition 1
final Condition condition = lock.newCondition();
// 創建 Condition 2
final Condition condition2 = lock.newCondition();
// ......

方法5：LockSupport

LockSupport 是更加底層的操作執行緒休眠和喚醒的對象，它提供了兩個常用的方法：

LockSupport.park()：休眠當前執行緒。
LockSupport.unpark(Thread thread)：喚醒一個指定的執行緒。

它的基礎用法如下：

Thread t1 = new Thread(() -> {
    System.out.println("執行緒1休眠");
    LockSupport.park(); // 休眠執行緒
    System.out.println("執行緒1執行結束");
}, "執行緒1");
t1.start();

Thread t2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("執行緒2休眠");
    LockSupport.park(); // 休眠執行緒
    System.out.println("執行緒2執行結束");
}, "執行緒2");
t2.start();

Thread t3 = new Thread(() -> {
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("喚醒執行緒1");
    LockSupport.unpark(t1); // 喚醒執行緒1
}, "執行緒3");
t3.start();

以上程式的執行結果如下圖所示：

總結

Thread.sleep 和 TimeUnit 是讓執行緒休眠並在一段時間後自動喚醒，而 wait、Condition、LockSupport 提供了休眠和喚醒執行緒的方法，其中 Condition 為 wait 方法的升級版，而 LockSupport 是更底層的讓執行緒休眠和喚醒的方法，它可以實現喚醒某個指定的執行緒，這是其它方法所不具備的（功能）。

是非審之於己，毀譽聽之於人，得失安之於數。

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