从Java到JVM到OS线程睡眠

Java 中有时需要将线程进入睡眠状态,这时一般我们就会通过 Thread.sleep 使线程进入睡眠状态,接下去就看看执行该语句在 JVM 中做了什么。

简单例子

以下是一个简单的例子,使主线程睡眠5秒钟。

public class TestSleep {

public static void main(String[] args) {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

JVM 中的线程

在继续往 JVM 层看 start0 本地方法前,我们先了解下 JVM 中的相关线程,这将有助于后面更好理解 Java 层线程与 JVM 中的线程对应关系。

在 JVM 中,也用 C++ 定义了一些 Thread 类,它们的继承结构如下,其中对于 Java 层线程到 JVM 层主要相关的有 Java 层的 java.lang.Thread、JavaThread 和 OSThread。

java.lang.Thread 属于 Java 层的线程对象,每个 Java 层对象都会在 JVM 中使用 oop 来表示,所以它也会在 JVM 中产生一个 oop。
Thread 是 C++ 定义的线程基类,除了 OSThread 类,作为其他线程的基类,它包含了 OSThread 对象的指针。
JavaThread 是 C++ 定义的线程类,我们在 Java 层创建的线程对象会使用 JavaThread 对象来表示,它包含了指向线程的 oop 的指针。
OSThread 是 C++ 定义的线程,它不与其他线程构成继承关系,它是 JVM 对不同操作系统的线程的统一抽象,它维护了操作系统线程的句柄,用于获取操作系统的线程。

--Thread
    --JavaThread
        --CodeCacheSweeperThread
        --CompilerThread
        --JvmtiAgentThread
        --ServiceThread
    --NamedThread
        --ConcurrentGCThread
        --VMThread
        --WorkerThread
            --AbstractGangWorker
            --GCTaskThread
    --WatcherThread
--OSThread

sleep方法

在 Thread 类中, sleep 是一个静态且本地方法。

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

Java 层声明的本地方法对应实现在 Thread.c 中, sleep 是一个注册到 JVM 中的方法,它与 JVM 中的 JVM_Sleep 函数绑定了,所以实现逻辑在 JVM_Sleep 函数里。逻辑为:

JVMWrapper("JVM_Sleep") 用于调试。
睡眠时间不能为负。
是否已经被中断了。
JavaThreadSleepState jtss(thread) 用于修改线程状态并做一些统计,当睡眠结束后,会修改回线程状态,在 JavaThreadSleepState 的析构函数中修改。
睡眠时间如果为0,则根据 ConvertSleepToYield 做不同处理,它表示是否将 sleep 操作转为 yield 操作。分别调用 os::naked_yield 和 os::sleep 处理,封装了不同操作系统的调用实现,后面以 Windows 为例分别看相应实现。
通过 thread->osthread()->get_state() 获取 OSThread 对象,并将其状态设置为 SLEEPING等到 sleep 结束后设置回原来的状态。
如果睡眠时间大于0,则做类似操作,不过它支持中断。
发送事件,结束。

os::naked_yield

naked_yield 函数的实现很简单,就直接调用 SwitchToThread 系统函数。通过该函数可以让系统查看是否有其他线程迫切需要CPU,将CPU让给其他线程,如果没有其他线程则立即返回。

void os::naked_yield() {
  SwitchToThread();
}
JVM_ENTRY(void, JVM_Sleep(JNIEnv* env, jclass threadClass, jlong millis))
  JVMWrapper("JVM_Sleep");

if (millis osthread()->get_state();
      thread->osthread()->set_state(SLEEPING);
      os::sleep(thread, MinSleepInterval, false);
      thread->osthread()->set_state(old_state);
    }
  } else {
    ThreadState old_state = thread->osthread()->get_state();
    thread->osthread()->set_state(SLEEPING);
    if (os::sleep(thread, millis, true) == OS_INTRPT) {
      if (!HAS_PENDING_EXCEPTION) {
        if (event.should_commit()) {
          event.set_time(millis);
          event.commit();
        }
        HOTSPOT_THREAD_SLEEP_END(1);
        THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_InterruptedException(), "sleep interrupted");
      }
    }
    thread->osthread()->set_state(old_state);
  }
  if (event.should_commit()) {
    event.set_time(millis);
    event.commit();
  }
  HOTSPOT_THREAD_SLEEP_END(0);
JVM_END
os::sleep

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