1. 简介
Java 9中引入了许多新特性,其中一个非常重要的特性是Thread.onSpinWait()方法。这个方法在线程上下文切换时能够有效减少系统调用的时间开销。
2. 系统调用与上下文切换
2.1 系统调用的成本
在操作系统中,系统调用是一种特殊的指令序列,用于请求操作系统提供某种服务或特权。一个系统调用的调用成本通常是非常高的,因为它需要切换进程的上下文(context switch),将CPU从用户模式切换到内核模式,并且需要在内核和用户地址空间之间复制一些数据。
2.2 上下文切换的成本
上下文切换是指操作系统在运行时将CPU从一个线程切换到另一个线程的过程。当CPU从一个线程切换到另一个线程时,它必须保存当前线程的上下文,并将新线程的上下文装载到CPU中。上下文切换是一项非常昂贵的操作,因为它需要切换CPU的状态,并且需要保存现场并且加载现场。
3. onSpinWait()方法的作用
3.1 onSpinWait()方法的定义
Thread.onSpinWait()是Java 9中新增的一个方法,它的定义如下:
public static void onSpinWait();
3.2 onSpinWait()方法的实现
Thread.onSpinWait()方法的实现方式是,让线程暂停执行,让出CPU资源,然后等待一段时间后再继续执行。如果在等待期间有其他线程请求获取CPU资源,CPU就可以直接切换到那个线程并执行它的任务。这种方式可以避免系统调用和上下文切换带来的开销,从而提高系统的性能。
4. onSpinWait()方法的使用场景
Thread.onSpinWait()方法并不是在所有情况下都适用的。它的主要作用是在busy-waiting的场景下降低系统调用和上下文切换的次数。在下面这些场景下,使用Thread.onSpinWait()方法可以带来良好的性能表现:
在锁机制和CAS(比较并交换)中使用busy-waiting
在等待某个变量的值发生变化时(比如SpinLock)
在等待某个耗时的操作完毕时
5. 示例
下面我们来看一个具体的示例,演示如何使用Thread.onSpinWait()方法。
public class SpinLock {
private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
public void lock() {
while(!locked.compareAndSet(false, true)) {
Thread.onSpinWait();
}
}
public void unlock() {
locked.set(false);
}
}
这是一个简单的SpinLock实现,它使用AtomicBoolean来表示锁的状态。在lock()方法中,如果锁被占用了,当前线程就进入busy-waiting状态,并且调用Thread.onSpinWait()方法释放CPU资源。如果在等待期间有其他线程释放了锁,当前线程就会马上占用锁。
6. 总结
Java 9中新增的Thread.onSpinWait()方法为我们提供了一种更加高效的线程等待方式,在特定的场景下能够提高系统的性能。如果您的程序中有busy-waiting的场景,或者需要等待某个变量发生变化,可以尝试使用Thread.onSpinWait()方法来替代传统的线程等待方式。