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Java21虛擬線程實(shí)踐

更新時(shí)間：2023年10月11日 15:00:36 作者：xindoo

java21正式版發(fā)布了,為我們帶來了很多新的特性,其中我最感興趣的就是虛擬線程,本文主要介紹了Java21虛擬線程實(shí)踐,感興趣的可以；了解一下

就在前幾天，java21正式版發(fā)布了，作為繼java17之后的又一個(gè)長(zhǎng)期支持版本 (LTS)，為我們帶來了很多新的特性，其中我最感興趣的就是虛擬線程(virtual thread)，相信大家對(duì)虛擬線程也很好奇。趁著空閑時(shí)間安裝了jdk21來體驗(yàn)一把，順便把我查到的關(guān)于java21虛擬線程相關(guān)的資料也分享下。

虛擬線程的使用

首先來看下虛擬線程怎么使用，jdk21在Thread類中，專門提供了虛擬線程和虛擬線程工廠的創(chuàng)建入口，我們挨個(gè)看下。首先就是虛擬線程的創(chuàng)建和啟動(dòng)，使用lambda也就幾行代碼：

        Thread.ofVirtual().start(() -> {
            System.out.println("Hello, virtual thread!");
        });
        // 也可以指定虛擬線程的名字
        Thread.ofVirtual().name("virtual thread").start(() -> {
            System.out.println("Hello, virtual thread!");
        });

Thread也提供了虛擬線程工廠，有了虛擬線程工廠，我們就可以在ExecutorService中使用虛擬線程。當(dāng)然Executors已經(jīng)提供好了封裝，我們直接調(diào)用即可：

        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            IntStream.range(1, 10_000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    Thread.sleep(Duration.ofSeconds(0));
                    return i;
                });
            });
        }

可以看得出來，虛擬線程幾乎沒有啥使用門檻，那他到底和普通線程有啥區(qū)別？我在查閱了一些資料后，我的理解如下：（可能理解淺薄或者有些錯(cuò)誤，請(qǐng)指正）

什么是虛擬線程

虛擬線程是一種輕量化的線程封裝，由jvm直接調(diào)度和管理。反之普通的線程其實(shí)是調(diào)用的操作系統(tǒng)的能力，對(duì)應(yīng)的是操作系統(tǒng)級(jí)的線程。相對(duì)虛擬線程來說操作系統(tǒng)級(jí)的線程持有成本很高，而且受操作系統(tǒng)調(diào)度和管理的。實(shí)際在普通多線程情況下，如果出現(xiàn)IO阻塞，這個(gè)線程就必須得跟著阻塞，這個(gè)線程對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)就被阻塞，而他卻持有大量的內(nèi)存。另外，要處理大量的IO就得新建更多線程，而大量的線程會(huì)在操作系統(tǒng)調(diào)度時(shí)因上下文切換導(dǎo)致大量的CPU被浪費(fèi)。

如果我們能在某個(gè)普通線程在等待IO返回的情況下，讓其運(yùn)行其他的任務(wù)，是不是就可以用少量的線程處理大量的IO？思路很美好，那具體怎么實(shí)施呢！在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，解決問題最簡(jiǎn)單的方式就是加一層，比如操作系統(tǒng)中，代碼訪問內(nèi)存中間就有一層虛擬內(nèi)存，如果代碼到線程中間加一層虛擬線程，每個(gè)虛擬線程只有在真正需要CPU運(yùn)行的時(shí)候，才會(huì)被映射到真正的線程上去運(yùn)行，而IO阻塞時(shí)會(huì)換其他非阻塞的虛擬線程上來，這樣就不需要?jiǎng)?chuàng)建大量的線程了，而虛擬線程只需要持有少量的上下文信息即可。

這種實(shí)現(xiàn)方式帶來了很多優(yōu)勢(shì)，比如：

輕量級(jí):虛擬線程占用內(nèi)存更少,創(chuàng)建和切換代價(jià)更低。
支持異步:虛擬線程支持異步非阻塞編程模型。
擴(kuò)展性好:可以在少量線程上運(yùn)行大量虛擬線程。
無上下文切換:協(xié)程在同一線程中運(yùn)行,沒有線程上下文切換。

虛擬線程和協(xié)程

Java21實(shí)際上在實(shí)現(xiàn)虛擬線程時(shí)，兼容了普通線程(不確定是否完全兼容)，像ThreadLocal、Semaphore之類的工具完全可以在虛擬線程中使用，基本上大部分使用線程的地方應(yīng)該都可以替換成虛擬線程，也就是說以后可以肆無忌憚創(chuàng)建虛擬線程而不用擔(dān)心過多創(chuàng)建線程了。以上的內(nèi)容看起來很像是go或者python中的協(xié)程，但在medium上看到一篇文章，解釋了Java中的虛擬線程和協(xié)程之間的異同。

相同之處：

虛擬線程和協(xié)程都很輕量級(jí)，它們的創(chuàng)建和銷毀開銷小于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)線程。
虛擬線程和協(xié)程都可以通過暫停和恢復(fù)在線程之間切換，從而避免線程上下文切換的開銷。
虛擬線程和協(xié)程都可以以異步和非阻塞的方式處理任務(wù)，提高應(yīng)用程序性能和響應(yīng)速度。

不同之處：

虛擬線程在JVM級(jí)別實(shí)現(xiàn)，而協(xié)程在語言級(jí)別實(shí)現(xiàn)。因此，虛擬線程的實(shí)現(xiàn)可以用于任何支持JVM的語言，而協(xié)程的實(shí)現(xiàn)需要特定編程語言的支持。
虛擬線程是協(xié)程的基于線程的實(shí)現(xiàn)，因此可以使用線程相關(guān)的API，如ThreadLocal，Lock和Semaphore。協(xié)程不依賴于線程，通常需要特定的異步編程框架和API。
虛擬線程的調(diào)度由JVM管理，而協(xié)程的調(diào)度由編程語言或異步編程框架管理。因此，虛擬線程可以更好地與其他線程合作，而協(xié)程更適合處理異步任務(wù)。

總結(jié)

有了虛擬線程，我們可以用虛擬線程替換許多使用線程的場(chǎng)景，任何需要異步或者多線程運(yùn)行的情況下，我們都直接直接扔給虛擬線程去運(yùn)行，絲毫不用顧慮的過度創(chuàng)建線程的問題，但這里需要額外注意，對(duì)于CPU密集型的任務(wù)多線程或者多虛擬線程依舊是無法提升性能的。虛擬線程是否能完全替代普通線程，這點(diǎn)肯定是不可能的，比較很多時(shí)候還是需要操作系統(tǒng)去做任務(wù)調(diào)度的，而目前操作系統(tǒng)最小的調(diào)度單位依舊是線程。

總之，Java21正式推遲了虛擬線程，我相信在很多高IO的場(chǎng)景下肯定可以提升性能的，至于具體能提升多少，還是有待于具體數(shù)據(jù)的。

到此這篇關(guān)于Java21虛擬線程實(shí)踐的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java21虛擬線程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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