聊一聊JDK21-虚拟线程

news2024/10/6 22:32:50

前言

Virtual Threads的开始

为什么需要Virtual Threads

JDK19 预览版初次出现

JDK21 Virtual Threads的正式发布

Virtual Threads 该怎么使用

简单聊聊Virtual Threads的实现

使用时候的注意事项

本地尝鲜一下JDK21及Virtual Threads

结语

前言

2023年9月19日，JDK21发布了release版本，首先这是JDK17之后又一个LTS即Oracle官方会长期支持的版本，这个版本带来了很多新的特性，例如：

虚拟线程
分代ZGC
switch关键字模式匹配

...等等详细的特性，请皇上查阅以下链接。

https://openjdk.org/projects/jdk/21/

https://jdk.java.net/21/release-notes

其中最让人关注的当属从JDK19就提出的Virtual Threads，终于作为JDK21的feature正式可以使用了，在经历了两年的preview版本之后，终于和大家见面了Virtual Threads可以说是近些年来，JDK最让人兴奋，也是讨论最多的特性。

今天就和大家来讨论下JEP444:Virtual Threads 虚拟线程。

Virtual Threads的开始

相对于近些年来炙手可热的Go来说，Java算得上一个老前辈了，Java全面的功能，完整的生态，无数开发者的支持，也不算弱的性能，让Java在服务端开发上仍是TOP级别。

但是，大人，时代变了。

Go虽然也不算横空出世，发展了10多年之后，终于在云原生时代崛起，其极佳的性能表现在k8s等基础设施的服务端开放上，有着很大的优势。

虽然Go作为近些年崛起的语言仍然有着不太完备的表现，像2022年才支持的泛型、Go modules、异常处理等基础为开发人员诟病。

但是Go语言的并发处理方式，非常的轻量级，且易于使用，如果你想并发地运行一个函数，只需要使用 go function(arguments)。如果你需要让函数间进行通信，你可以使用通道，这些通道默认会同步执行，即在两端都准备就绪前，会暂停执行。 goroutine、GC机制、快速的编译时间等等强大特性，吸引了众多的开发者在越来越多的服务端应用上使用。

对于进程和线程等不再赘述，可看下图。

Go语言的协程，相比于Java，其更好的性能表现、更轻量级、不需要操作系统调度让很多Java开发者垂涎，盼星星盼月亮，也希望Java什么时候也能老树逢春，久旱逢甘霖。

其实很早之前Oracle官方就传出了要给JDK搞一个轻量级线程，我记得最早很多人把它叫做纤程（fibers），听起来就很轻很细~。

这个项目被Oracle官方称为loom，两年前在极客上看到有文章分享之后，之后一直收藏关注。有兴趣的童鞋可以看看下面两篇loom官方的介绍。

https://openjdk.org/projects/loom/
https://cr.openjdk.org/~rpressler/loom/loom/sol1_part1.html

为什么需要Virtual Threads

Virtual Threads的出现解决了什么问题，相对于之前的操作系统线程或者说平台线程（Platform Threads）有什么优势。

JVM使用平台线程和操作系统线程是一一对应的，有些使用的缺点在Java不断地发展中不断地凸显出来

创建单个线程所需资源过多，平台线程本身就是很珍贵的资源
受限于机器硬件，平台线程的个数不能创建过多，且创建及回收线程需要耗费一定资源

我们不可能为每个请求或者说任务分配一个单独的线程，当请求量达到一定阈值之后，只能通过线程池或者其他异步的方式来处理请求。
Java运行中线程上下文的切换非常频繁，切换需要的资源也耗费不少

那么Virtual Threads是如何应对这些问题的呢？

Virtual Threads的关键特点是便宜、数量多、轻量级，相对于OS线程代价可能只是千分之一。
无需池化使用，寿命周期短
每个请求都创建一个虚拟线程，无需上下文切换 thread-per-request style

由OS线程装载Virtual Threads，并随时可以卸载(特殊同步代码块除外)，然后执行其他Virtual Threads

JDK19 预览版初次出现

在从2017年loom项目正式开始，Virtual Threads的推进算是比较迅速的，JDK19除了预览版之后，很多大佬都对此表示肯定。

相比较后面JDK21的release版本， JDK19的预览版基本没有什么太大的区别，无非是一些细节上的完善以及JDK内部对Virtual Threads的应用。

JDK21 Virtual Threads的正式发布

两年后的现在，千呼万唤始出来，JDK21在9月19日正式发布。Virtual Threads作为正式的Feature亮相。

Virtual Threads 该怎么使用

先看下说明，为了方便用户使用，JDK提供了一系列使用虚拟线程的API，并且兼容之前线程的使用方式，无需为使用虚拟线程而重写应用程序。

1.使用静态构造器方法（新API）

          Thread.startVirtualThread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread());
        });

        Thread.ofVirtual().start(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread());
        });

2.使用Executors创建虚拟线程池

ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

上述代码会创建一个无限的虚拟线程池。

简单聊聊Virtual Threads的实现

首先需要明确的是Virtual Threads是基于平台线程（OS线程）运行的，并且是由JVM创建并管理的。

它是由JVM调度，mounting （装载）到OS线程上执行的，当阻塞的时候，再从OS线程上unmounting（卸载），OS线程可以继续mounting其他的虚拟线程，继续执行。

后面几天好好再研究下Virtual Threads的实现，以及和Go协程实现的区别，完事儿再输出下。

使用时候的注意事项

Thread.setPriority(int) 和 Thread.setDaemon(boolean) 这俩方法对虚拟线程不起作用
Thread.getThreadGroup() 会返回一个虚拟的空VirtualThreads group。
同一个任务使用Virtual Threads和Platform Threads执行效率上是完全一样的，并不会有什么性能上的提升
尽量使用JUC包下的并发控制例如ReentrantLock来进行同步控制，而不使用synchronized 。

synchronized 同步代码块会pinning（别住或者说Block）虚拟线程，这点JDK官方说后面有可能会优化这点
Virtual Threads 被设计成final类，并不能使用子类来继承