线程休眠和精确计时

Question

我正在编写一段代码，需要在时间上精确控制。我使用机器人执行某些操作，然后使用Thread.sleep(some_time)让操作之间经过some_time的时间间隔。但是我得出的结果并不理想，因为我发现sleep并不准确。有什么更好的方法可以实现这个功能？我的意思是用其他方法模拟Thread.sleep。

- user3265784

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如果你需要实时行为，无论是Java还是C或C++都不能提供超出操作系统所做的任何保证。你需要一个实时操作系统。 - user207421

@Bratty 你可以从 Java 中调用 C/C++，事实上这也是 Thread.sleep() 的实现方式，你能解释一下你的意思吗？ - Peter Lawrey

@PeterLawrey - 读懂其中含义，此贴楼主很可能希望应用程序线程以1毫秒或更高的准确度“唤醒”...以避免机器人在某些物理运动中超调。这是严格实时的东西。真正的问题是非实时操作系统无法保证次毫秒级别的唤醒。 - Stephen C

一种选择是在超时前约5毫秒唤醒并开始减速，这样你就很少有超调的机会。即工程化对几毫秒抖动的容忍度。 - Peter Lawrey

我认为这与标记的重复不同：另一个问题只是询问Thread.sleep的精度，而这个问题则是要求替代的睡眠方法。这两个问题应该有不同的答案。 - bluenote10

Answer 1

现代操作系统中的定时永远不是精确的，除非您使用专门为此设计的语言/框架。但是，在大多数操作系统中，您可以使用合理的不确定性来处理。但是，“合理”取决于您要解决的问题。

在Java中，Thread.sleep是一种非常基本的实现，我认为它被过度使用了。 Java提供这些基本线程工具并不是因为它们是最好的解决方案，而是因为它们是基本工具。 Java还提供了许多其他更复杂的工具，可能更适合您的需求。

例如，如果您想要“精确”的定时，可以使用ScheduledExecutorService，它使用OS调度服务以提供至少毫秒级甚至纳秒级的精度。尽管它不是精确到纳秒（尽管提供），但通常比Thread.sleep准确得多。但是，在负载过重的系统上，两者都不准确。如果这对您的问题足够，请使用此选项。否则，您需要使用不同的语言/执行环境。

- TwoThe

Answer 2

事实上，Java依赖于操作系统设施来实现其定时器¹。计时器精度不超过1毫秒的真正原因是这是典型（非实时）操作系统提供的限制。即使时间分辨率更高，操作系统仍无法保证在应用程序请求的精确时间“唤醒”用户进程。如果您需要实时行为（即硬实时），包括高精度计时器和时钟，则需要实时操作系统，并在其上运行Realtime Java。

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^{1 - 这些是C和C++库使用的相同操作系统设施。 因此，仅仅切换到C或C++并不能帮助太多。}

- Stephen C