Java Thread.yield() 讓步機制完整解析：原理、範例與 wait() 差異對比

前言

Thread.yield() 是一個提示給執行緒排程器的建議：「我願意讓出 CPU 給同優先級的其他執行緒」。但它不保證會發生上下文切換，也不釋放鎖。本文深度解析 yield() 行為、與 wait()/sleep() 差異、實測驗證與適用場景。

核心語意

• 狀態轉換：RUNNING → RUNNABLE (就緒狀態)
• 鎖行為：不釋放任何同步鎖 (synchronized/Lock)
• 排程保證：無。可能立即被再次排程繼續執行
• 優先級：僅讓給相同優先級的執行緒

基本範例：yield() 不保證切換

class YieldTask extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.printf("%s [優先級:%d]: %d%n", getName(), getPriority(), i);
            if (i % 4 == 0) {
                Thread.yield(); // 提示讓步
            }
        }
    }
}

public class YieldDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new YieldTask().start(); // t1
        new YieldTask().start(); // t2
    }
}

可能輸出 (單核心環境較明顯)：

t1 [5]: 0
t1 [5]: 1
t1 [5]: 2
t1 [5]: 3
t1 [5]: 4  <- yield() 但可能繼續執行
t1 [5]: 5
...
t2 [5]: 0  <- t2 可能很久後才獲得 CPU

關鍵驗證：yield() 不釋放 synchronized 鎖

public class YieldLockDemo {
    private static final Object LOCK = new Object();
    
    static class LockedTask extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (LOCK) { // 持有鎖
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.printf("%s: %d%n", getName(), i);
                    if (i % 4 == 0) Thread.yield(); // 即使 yield，鎖仍持有
                }
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new LockedTask().start(); // t1
        new LockedTask().start(); // t2 - 將被阻塞直到 t1 釋放鎖
    }
}

輸出：t1 完整執行 0-9，t2 才開始執行。證明 yield() 期間鎖未釋放。

三大讓步/阻塞方法完整對比

sleep() vs yield() 鎖行為驗證

public class SleepLockDemo {
    private static final Object LOCK = new Object();
    
    static class SleepTask extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (LOCK) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.printf("%s: %d%n", getName(), i);
                    if (i % 4 == 0) {
                        try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException ignored) {}
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new SleepTask().start(); // t1
        new SleepTask().start(); // t2 - 同樣被阻塞
    }
}

結論：sleep() 同樣不釋放鎖。只有 wait()、Condition.await() 會釋放鎖。

void heavyComputation() {
    for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
        // 複雜計算...
        if (i % 10000 == 0) {
            Thread.yield(); // 讓其他同優先級任務有機會執行
        }
    }
}

class SimpleSpinLock {
    private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
    
    public void lock() {
        while (!locked.compareAndSet(false, true)) {
            Thread.yield(); // 自旋時讓步，避免佔滿 CPU
        }
    }
    
    public void unlock() {
        locked.set(false);
    }
}

@Test
void testConcurrentAccess() {
    // 在關鍵區插入 yield 增加執行緒交錯，暴露競態條件
    Thread.yield(); 
}