解锁性能：探索 Java 21 虚拟线程 [视频]

在这个Java 21教程中，我们深入研究了虚拟线程，这是开发人员的一个改变游戏规则的功能。虚拟线程是传统平台线程的轻量级高效替代品，旨在简化并发编程，增强Java应用程序的性能。在本文中，我们将探讨虚拟线程的优势、兼容性和迁移路径，帮助您利用这一强大的Java 21功能。

介绍虚拟线程

虚拟线程代表了Java平台线程模型的重大演进。它们旨在解决编写、维护和优化高吞吐量并发应用程序所面临的挑战。区分虚拟线程和传统平台线程是理解它们的关键。

在传统Java中，每个java.lang.Thread实例都是一个平台线程。平台线程在底层操作系统线程上运行Java代码，并占用该操作系统线程的整个执行周期。这意味着平台线程的数量受限于可用操作系统线程的数量，在高并发应用程序中可能导致潜在的资源约束和次优性能。

另一方面，虚拟线程也是java.lang.Thread实例，但操作方式不同。虚拟线程在底层操作系统线程上运行Java代码，但并不会在整个生命周期中占用操作系统线程。这一重要差异意味着多个虚拟线程可以共享同一个操作系统线程，提供了一种高效利用系统资源的方式。与平台线程不同，虚拟线程不会垄断宝贵的操作系统线程，这可以导致虚拟线程的数量显著高于可用的操作系统线程数量。

虚拟线程的起源

虚拟线程的灵感来源于用户模式线程，在其他多线程语言中（如Go中的goroutine和Erlang中的进程）得到有效应用。在Java早期，用户模式线程被实现为“绿色线程”，这是由于操作系统线程的不成熟和有限支持。这些绿色线程最终被平台线程取代，本质上是底层操作系统线程的封装，以1:1调度模型运行。

虚拟线程采用更复杂的方法，使用M:N调度模型。在这种模式下，许多虚拟线程（M）被调度在较少的操作系统线程（N）上运行。这种M:N调度方法允许Java应用程序在不受传统平台线程常见的资源约束的情况下实现高并发。

利用虚拟线程

在Java 21中，开发人员可以轻松利用虚拟线程的能力。引入了新的线程构建器，用于创建虚拟和平台线程，提供了对线程模型的灵活性和控制。

要创建虚拟线程，您可以使用以下代码段：

Thread.Builder builder = Thread.ofVirtual().name("Virtual Thread");
Runnable task = () -> System.out.println("Hello World");
Thread thread = builder.start(task);
System.out.println(thread.getName());
thread.join();

值得注意的是，与平台线程相比，虚拟线程在资源使用方面显著更低。您可以创建多个虚拟线程，从而充分利用这一新的线程模型的优势：

Thread.Builder builder = Thread.ofVirtual().name("Virtual Thread", 0);
Runnable task = () -> System.println("Hello World: " + Thread.currentThread().threadId());

Thread thread1 = builder.start(task);
Thread thread2 = builder.start(task);
thread1.join();
thread2.join();

虚拟线程还可以与ExecutorService有效地结合使用，如下面的代码所示：

try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    Future<String> future = executor.submit(() -> "Hello World");
    System.out.println(future.get());
    System.println("The end!");
}

虚拟线程与平台线程的权衡

重要的是要理解，平台线程在Java 21中并未被废弃，虚拟线程也不是一刀切的解决方案。每种线程类型都有其自己的权衡，选择应该基于应用程序的具体需求进行。

• 虚拟线程：虚拟线程非常适用于高吞吐量的并发任务，特别是在无OS线程限制下管理许多轻量级线程时。它们非常适合I/O绑定的操作、事件驱动的任务和具有许多短生命周期线程的工作负载。
• 平台线程：平台线程对于需要对线程交互进行精细控制的应用程序仍然非常有价值。它们非常适合CPU绑定的操作、实时应用程序以及需要精确线程管理的场景。

总之，Java 21的虚拟线程是Java平台的一个重大补充，为开发人员提供了一种更高效、可扩展的处理并发的方式。通过了解虚拟线程和平台线程之间的差异和权衡，您可以做出明智的决策，确定何时以及如何利用这些强大功能，释放Java应用程序的全部潜力。

视频

参考资料

• 来源
• JPE