一文详解JDK21中虚拟线程
作者：离离原上草77
JEP 425: Virtual Threads (Preview) 虚拟线程,轻量级的线程模型对标其他语言中的协程，能够显著的减少编写、维护和观察高并发应用程序的工作量。
该特性的目标：
- 支持服务端应用程序以thread-per-request样式编写，并最大限度压榨硬件性能。
- 兼容java.lang.Thread API，减少调用方代码改动。
- 兼容现有的JDK工具，用于故障排查、调整和分析。
- 不会替代线程的传统实现，也不会静默升级现有的线程模型
- 不会改变Java的并发编程模型
- 在Java语言或Java库中提供新的数据并行结构，不会动摇Stream API的地位。
创建虚拟线程
虚拟线程并没有引入独立的API，而是选择兼容Thread的API。这样已有应用程序只需要做最小的改动就能使用协程带来的好处。
Thread thread = Thread.ofVirtual().name("duke").unstarted(runnable);
Thread.startVirtualThread(Runnable)
Thread.isVirtual()为了支持虚拟线程，Thread API被稍微修改，ThreadGroup不再支持
虚拟线程vs平台线程
虚拟线程适合大量任务数，低CPU负载的任务。如果是CPU为瓶颈的应用，使用协程不会有性能改进。
虚拟线程的调度
Java虚拟线程采用M:N模式，即M个协程在N个线程中运行。调度线程默认和核心数一样多。可以通过 system property jdk.virtualThreadScheduler.parallelism来配置。
虚拟线程的载体线程不是固定的，在生命其中可能运行在不同的载体线程中。载体（carrier）线程和虚拟线程的堆栈信息是分离的，不会相互影响。
ThreadLocal和currentThread获取的都是独立的。在java代码曾来说虚拟线程后面的系统线程是不可见的。
虚拟线程的执行
虚拟线程会在IO阻塞或者其他等待的时候挂起，在可用的时候恢复执行。这不会阻塞载体线程,载体线程会去运行新任务。受限于系统，个别的阻塞操作可能也会阻塞载体线程，这时候可能会临时扩大调度池的大小。
一些情况下会钉住（pinned）载体线程，当同步方法/块或者当执行本地/外部函数时。被钉住的虚拟线程在执行很多操作的时候会阻塞背后的系统线程。高频或者长时间的synchronized使用java.util.concurrent.locks.ReentrantLock来代替，可以减少钉住。
JDK Flight Recorder可以查看被钉住的线程。-Djdk.tracePinnedThreads=full参数将能获取到完整的钉住线程的堆栈信息。将来可能会改进pinning inside synchronized的情况。
内存使用和垃圾收集器
虚拟线程的堆栈分配在垃圾收集的堆上。栈在运行时的增长和缩减，所以占用的内存少，非常的高效。
虚拟线程不是垃圾收集的根，不再使用的虚拟线程将会被回收掉。
由于虚拟线程通常比较多，Thread-local开销就会比较大，需要谨慎使用。
已有应用迁移到虚拟线程
只需要三步：
1.将普通线程的创建改成创建虚拟线程。
2.取消池化机制。因为虚拟线程非常轻量级，不需要池化。
3.synchronized改为ReentrantLock，以减少被钉住。被钉住的虚拟线程容易阻塞背后的载体线程。
和async/await的比较
async/await比有栈协程在某些情况下更好用。例如请求c需要a和b作为参数的情况下，async/await比有栈协程实现起来更加简单直接：
a = requestA() b = requestB() c = await request(await a, await b)
例
写一个简单的例子，开n个虚拟线程，每个线程sleep 1秒后累加1次，以模拟IO密集型操作。
private static void runVirtualThread(int length) {
AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
long start = System.currentTimeMillis();
try (ExecutorService es = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
for (int i = 0; i < length; i++) {
es.submit(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ai.incrementAndGet() >= length) {
System.out.printf("duration=%d ms, done.%n", System.currentTimeMillis() - start);
}
});
}
}
}然后再使用ScheduledExecutorService配合JMXBean打印JVM线程状态
ScheduledExecutorService se = Executors.newScheduledThreadPool(1);
se.scheduleAtFixedRate(() -> {
ThreadMXBean threadBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
ThreadInfo[] threadInfo = threadBean.dumpAllThreads(false, false);
System.out.printf("threadNumber=%d%n", threadInfo.length);
}, 100, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
runVirtualThread(100000);
// runThread(100000);
Thread.sleep(100 * 1000);
se.shutdownNow();再写一个使用传统操作系统线程的对比程序
private static void runThread(int length) {
AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
long start = System.currentTimeMillis();
try (ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool()) {
for (int i = 0; i < length; i++) {
es.submit(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ai.incrementAndGet() >= length) {
System.out.printf("duration=%d ms, done.%n", System.currentTimeMillis() - start);
}
});
}
}
}执行
分别执行虚拟线程和操作系统线程，入参length为100,000，执行环境为Win11，Intel i5-12600KF。
- 使用虚拟线程时输出如下：
threadNumber=26
threadNumber=26
threadNumber=26
threadNumber=26
duration=3530 ms, done.
- 操作系统线程时输出如下：
threadNumber=2613
threadNumber=11072
threadNumber=15925
threadNumber=19725
threadNumber=22336
threadNumber=23933
duration=11614 ms, done.
结论
分别执行10次并删除坏点后，执行结果如下：
| 线程类型 | 执行时间（ms） | JVM线程数量 | 打开句柄数量 |
|---|---|---|---|
| 虚拟线程 | 3,400 | 26 | 600 |
| 操作系统线程 | 11,500 | 23000 | 124,000 |
如上表所示，虚拟线程在执行IO密集型高并发任务时，性能远优于操作系统线程方式，对于操作系统资源的占用也降低很多.
到此这篇关于一文详解JDK21中虚拟线程的文章就介绍到这了,更多相关JDK21虚拟线程内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！