调度程序可以挂起一个线程并执行另一个线程/工作吗？答案

【问题标题】：Can scheduler to suspend one thread and execute another thread/work?调度程序可以挂起一个线程并执行另一个线程/工作吗？
【发布时间】：2017-03-01 12:27:05
【问题描述】：

让我们有以下代码（我们将在单核 CPU 上运行它）：

Runnable runnable1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("runnable_1_1");
        System.out.println("runnable_1_2");
    }
};
Runnable runnable2 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("runnable_2_1");
        System.out.println("runnable_2_2");
    }
};
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(); // or Executors.newCachedThreadExecutor();
executorService.execute(runnable1);
executorService.execute(runnable2);
executorService.shutdown();

理论上是否有可能将一项任务楔入另一项任务，我们会看到如下输出：

runnable_1_1
runnable_2_1
runnable_2_2
runnable_1_2

附言

单线程执行器对于本示例不是必需的。强制要求我们只有一个 CPU 内核

【问题讨论】：

标签： java multithreading swing concurrency java-memory-model

【解决方案1】：

这不能在 Java 级别为任意线程干净地完成，因为没有非deprecated methods 可以挂起它。所有有效的控制方法都包括主动让步的线程。

但是，操作系统本身通常有一个调度程序，它会定期挂起和恢复所有正在运行的进程，从而允许拥有比可用 CPU 内核数量多得多的进程。另外，Java虚拟机一般不会单进程运行（green threads属于过去），每个线程只有一个进程。

因此，操作系统可能会暂停一个线程一小段时间，从而允许运行另一个线程或 Java 虚拟机之外的某个其他进程。一般的答案可能是肯定的。

【讨论】：

@bashnesnos 为什么？
@gstackoverflow 我让其他人先回答
因为我们需要 >1 个线程来“暂停一个线程一小段时间，让另一个线程运行”。
单线程也可能在某个时候被挂起，因为Java虚拟机之外还有很多其他系统进程。

【解决方案2】：

当您尝试推理此级别的代码时，CPU 的数量并不重要。理论上，您可以在操作系统上运行 JVM，该操作系统会在每条程序指令之后强制进行上下文切换。这会很疯狂，没有操作系统能做到这一点，但你怎么能只看 Java 代码就知道呢？

如果是单线程执行器，答案是不会有重叠，如果不是单线程执行器，你不能证明不会有重叠。

要找到原因，我们需要看一下JLS的第17章：

两个动作可以通过happens-before关系排序。如果一个动作发生在另一个之前，然后第一个对和可见在第二个之前订购。

如果我们有两个动作 x 和 y，我们写 hb(x, y) 来表示 x 发生在 y 之前。

如果 x 和 y 是同一个线程的动作并且 x 在 y 之前程序顺序，然后是 hb(x, y)。

从一个构造函数的末尾有一个happens-before边对象指向该对象的终结器（第 12.6 节）的开头。

如果动作 x 与后续动作 y 同步，那么我们也有 hb(x, y)。

如果 hb(x, y) 和 hb(y, z)，则 hb(x, z)。

Object 类（第 17.2.1 节）的等待方法有 lock 和 unlock 与他们相关的行动；他们的发生之前的关系是由这些关联的操作定义。

需要注意的是happens-before关系的存在两个动作之间并不一定意味着他们必须采取在实现中按该顺序放置。如果重新排序产生结果符合合法执行，不违法。

在单线程执行程序的情况下，这正是我们得到的：两个可运行对象是同一个线程的操作，一个将按程序顺序领先于另一个。尽管最后一段允许重新排序，但重新排序不会导致正确同步的代码出现明显差异。

对于多个线程，这是任何人的猜测。只有两件事可以保证：

线程中的第一条消息将在第二条之前打印。（见上文）
输出的每一行都将包含来自其中一个线程的完整消息，即您永远不会看到一行混乱的输出。这仅仅是因为PrintStream.println() 是同步的。

这就是理论。

在实践中，对于大多数 JVM 实现和操作系统，您可能永远不会看到与此确切代码的重叠，原因很简单，即您执行的任务花费的时间太短而不会被中断。让它们运行几分钟或几小时，你肯定会看到两者之间的上下文切换。

【讨论】：

【解决方案3】：

[[ @biziclop 的答案是正确的，尽管冗长且令人困惑。 ]]

理论上是否有可能将一项任务楔入另一项任务，我们将看到如下输出：

不在您发布的代码中。您正在向单线程执行器提交 2 个作业：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

这意味着只有 1 个线程将执行您的 2 个Runnables。当第一个线程阻塞时，另一个 Runnable 没有执行，因此输出不会交错。第一个Runnable 需要在第二个Runnable 执行之前完成。

如果您使用Executors.newCachedThreadExecutor();，那么2 个Runnables 可以同时运行并且它们的输出可以交错。在这种情况下，第一个Runnable 可能会打印出runnable_1_1，然后进行时间切片，以便另一个线程可以执行并显示它的runnable_2_1，等等。然而，这是一个竞争条件，可能不太可能，但它是可能。

单线程执行器对于本示例不是必需的。强制要求我们只有一个 CPU 内核

正如@biziclop 所提到的，硬件上的 CPU 数量并不重要。重要的是在任一时间点运行队列中有多少线程。

【讨论】：