妙啊，阻塞到底是個(gè)啥？黃袍加身，亦能談古說今

作者：小姐姐養(yǎng)的狗 2020-08-17 07:50:09

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現(xiàn)在，請記住你的身份!從進(jìn)入本篇文章開始，你就是皇帝!三宮六院七十二妃，任君品嘗。人有親疏遠(yuǎn)近，事有輕重緩急。作為萬歲，你的時(shí)間非常寶貴。整個(gè)王朝都在你手中運(yùn)算，方能國泰民安。

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現(xiàn)在，請記住你的身份!從進(jìn)入本篇文章開始，你就是皇帝!三宮六院七十二妃，任君品嘗。

人有親疏遠(yuǎn)近，事有輕重緩急。作為萬歲，你的時(shí)間非常寶貴。整個(gè)王朝都在你手中運(yùn)算，方能國泰民安。

為了討論方便，我們把場景界限在單核CPU上。你就是CPU，當(dāng)然是僅僅是一顆單核的CPU。

為了讓你更好的安排自己的時(shí)間，我將你的時(shí)間切割成了八九七十二份，每一份都彌足珍貴。

就憑我畫的這些密密麻麻的小方塊，你就應(yīng)該給xjjdog點(diǎn)下贊。

現(xiàn)實(shí)的CPU，時(shí)間片分的會(huì)更細(xì)，但作為人類你是理解不了那么小的時(shí)間間隔的：你可能每天都要花很多時(shí)間在吃喝拉撒上，但后宮里總有大部分希望得到你寵幸的妃子，你一點(diǎn)時(shí)間片都不留給她。

實(shí)在是忙不過來呀!需要一個(gè)太監(jiān)!

1. 中斷就是從中斷掉

不是讓太監(jiān)來幫你干活的，他沒有那個(gè)能力。太監(jiān)是用來給你調(diào)度工作的。

比如，有反叛的軍隊(duì)攻到了城外，太監(jiān)慌慌張張來報(bào)告，你就不得不暫停后宮的活動(dòng)，提著褲子處理首要的問題;再比如，有剛來的妃子頻頻拋媚眼，但你還有一大堆公文要批，心有余而力不足。

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這種處理問題的方式，就是中斷(從中斷掉就是太監(jiān))。中斷是指在CPU正常運(yùn)行期間，由于內(nèi)外部事件或由程序預(yù)先安排的事件引起的 CPU 暫時(shí)停止正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而為該內(nèi)部或外部事件或預(yù)先安排的事件服務(wù)的程序中去，服務(wù)完畢后再返回去繼續(xù)運(yùn)行被暫時(shí)中斷的程序。

我們來看下底層的中斷處理程序。

request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, 
        const char *name, void *dev)

可以看到，太監(jiān)只需要給皇帝要做的事情，都編碼備案，并固定下處理流程，調(diào)整好優(yōu)先級，皇帝的時(shí)間片就可以有效的輪轉(zhuǎn)起來。不至于江山都丟了，還在后宮里風(fēng)花雪月。

拿網(wǎng)絡(luò)傳輸來說，當(dāng)有了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，就需要及時(shí)處理，否則客戶端會(huì)超時(shí)。這個(gè)時(shí)候，網(wǎng)卡會(huì)立馬發(fā)出中斷請求，CPU就會(huì)通過網(wǎng)卡的中斷程序去處理這些緩沖區(qū)。這都是非常重要的工作。

中斷又有硬中斷和軟中斷之分。硬中斷是由硬件產(chǎn)生的，比如，像磁盤，網(wǎng)卡，鍵盤，時(shí)鐘等。軟中斷是由當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程所產(chǎn)生的，通常優(yōu)先級比硬中斷低一些。

2. 阻塞會(huì)占用CPU么?

代入了皇帝這個(gè)身份，我們就可以解釋一些平常遇到的，令人疑惑的問題。

我們都見過在Concurent包下面，有一個(gè)叫做LinkedBlockingQeque的類。從它的名字就可以看出，這是一個(gè)阻塞隊(duì)列。實(shí)際上，它也并不是掛著羊頭賣狗肉。

如下面的代碼，我們通常把它放在循環(huán)中。我對while(true)這種東西是有心理陰影的，因?yàn)樗锌赡軙?huì)跑滿你的CPU。

while(true){ 
   Object o =  linkedBlockingQeque.poll(); 
}

但實(shí)際上，并不會(huì)。因?yàn)槿思叶颊f了，這是個(gè)阻塞隊(duì)列。

相似的，還有NIO中的select。把邏輯放在while循環(huán)里，不怕得報(bào)應(yīng)么?

while (!stop) { 
int num = selector.select(); 
   if (num == 0) { 
       continue; 
   } 
   Iterator<SelectionKey> events = selector.selectedKeys().iterator(); 
}

這還真不怕。因?yàn)樽枞⒉粫?huì)占用任何資源。

比如，小太監(jiān)上報(bào)了一個(gè)折子，是關(guān)于呂嬪妃的舅舅的貪污問題處理。但是這個(gè)問題，需要等待司法調(diào)查的結(jié)果，還需要聽聽愛妃的意見，就先可以把它擱置在一旁。

把問題記錄在一個(gè)其他的小冊子里，等這些依賴的事辦的差不多了，同時(shí)你又有龍時(shí)，那就可以繼續(xù)處理。

可以看到，這種阻塞性的問題，雖然是個(gè)任務(wù)，但并不會(huì)占用你的任何時(shí)間，這在計(jì)算機(jī)中是一樣的。

我們來看一下常見的Java阻塞方式。

sleep和wait

睡和等。用詞很巧妙，到底妙在哪呢?因?yàn)樗乾F(xiàn)實(shí)中的場景。

sleep

sleep函數(shù)會(huì)讓線程在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，不能得到cpu時(shí)間，但不會(huì)釋放鎖資源。指定的時(shí)間一過，線程重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。

注意我們這里說的是線程，并不是CPU本身。線程不活動(dòng)了，并不代表CPU不能干其他事情。

比如，今天是接見大臣的黃道吉日，王天師得到了接見的機(jī)會(huì)，其他的大臣們就得在外面等著被傳喚。結(jié)果王天師的談話又臭又長，勾不起你的任何興趣。正好小太監(jiān)急匆匆跑來，在你耳邊悄悄說：李貴妃生了個(gè)兒子!

這是讓人振奮的事情，因?yàn)槠渌麅鹤佣荚趯m斗中被KO了。于是你裝模作樣的對王天師說：我現(xiàn)在有點(diǎn)頭痛，需要小憩一會(huì)兒。” 其實(shí)你已經(jīng)偷偷去探望李貴妃了。

注意，這個(gè)時(shí)候，王天師只能唯唯諾諾的等著。對于“接見”這個(gè)主線來說，其他的大臣也只能在外面等著被傳喚。它們都沒有拿到“接見”這把鎖，王天師也一直占用著這把鎖，直到你看完了兒子歸來。

這就是sleep不釋放鎖的意思，因?yàn)閟leep后，在sleep那一瞬間的任何東西都沒有改變。

wait

wait( ) 使線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，同時(shí)釋放自己占有的鎖資源，和notify( )搭配使用。

對于wait來說，就完全不一樣了。

如圖，每個(gè)監(jiān)視器(Monitor)在某個(gè)時(shí)刻，只能被一個(gè)線程擁有，該線程就是 “Active Thread”。而其它線程都是 “Waiting Thread”，分別在兩個(gè)隊(duì)列 “ Entry Set”和 “Wait Set”里面等候。在 “Entry Set”中等待的線程狀態(tài)是 “Waiting for monitor entry”，而在 “Wait Set”中等待的線程狀態(tài)是 “in Object.wait()”。

術(shù)語難以理解，還是以皇帝的身份來瀟灑一下。

這個(gè)時(shí)候，你還打算接見大臣。不過，現(xiàn)在不想再one by one了，因?yàn)檫@太低效太枯燥了。某個(gè)大臣在你的書房里待得長了些，就有可能有大臣懷疑你在搞gay，這種副作用讓人心里不悅。

p2p不行，那就聚在一塊談?wù)勑陌伞?/p>

正在和你談話的是王天師，因?yàn)檫@貨話比較多，你也比較喜歡他。

王天師說：小太子出生在三伏天，就叫史三伏吧!。

你這才想起自己姓史。作為熟讀文章的皇帝，你對此嗤之以鼻，聽著這不入流的名字，還隱隱有點(diǎn)生氣。

王愛卿，你還是先wait一下吧，聽聽別人意見。

這個(gè)時(shí)候，一大堆等著拍馬屁的大臣開始舉手，躍躍欲試。劉道長搶到了談話主線這把鎖。

劉道長：天地長久，人有終時(shí)，北冥有魚，其名為鯤，可活億年。我看，就叫史鯤吧。

你聽后微微頷首，果然仙人嘴下口水香，但總感覺有點(diǎn)怪異。

注意注意。等著發(fā)言的這群大臣，就叫做Entry Set，誰舉手舉得快，就可以回答這個(gè)問題。

像王天師這種被喊停的大臣，就屬于Wait Set，只有你重新讓他說話，他才有機(jī)會(huì)。