Java21新特性 – 虚拟线程(JEP 444)

后端 潘老师 6个月前 (11-02) 552 ℃ (0) 扫码查看

1.什么是虚拟线程?

虚拟线程,英文是“Virtual Threads”,也称为“用户模式线程(user-mode threads)”或“纤程(fibers)”。

Java21中新引入虚拟线程是一种线程抽象,它提供了一种轻量级的线程实现方式,可以在用户级别进行线程调度和管理。

虚拟线程旨在改进Java中的并发编程模型。传统上,Java使用基于操作系统线程的并发模型,每个线程都需要分配一个操作系统线程来执行。而虚拟线程则提供了一种更高效、更轻量级的线程模型。这也就意味着虚拟线程可以比传统线程创建的数量更多,并且开销也更少。从而使得在自己的线程中运行单独任务或请求变得更加实用高效,能满足高吞吐量的应用程序。

2.为什么需要引入虚拟线程?

在传统的基于操作系统线程的并发模型中,创建、销毁线程以及在线程之间切换会产生较大的开销,这限制了Java应用程序在处理大规模并发时的性能和扩展性。此外,由于操作系统线程的数量有限,当应用程序需要创建大量线程时,可能会导致资源耗尽或性能下降。

为了解决这些问题,虚拟线程应运而生。它通过引入轻量级的线程模型,使Java应用程序能够创建数百万甚至数十亿个线程,而不再受操作系统线程数量的限制。这使得Java应用程序能够更好地适应大规模并发场景,并提供了更高的性能和可伸缩性。虚拟线程的出现,为Java应用程序在处理大规模并发时的性能和扩展性带来了突破性的提升。

3.虚拟线程与传统线程核心区别

1)传统Java线程是由操作系统级别的线程,需要在JVM外部进行管理和调度。

2)虚拟线程则是由JVM内部实现的,可以在JVM内部进行管理和调度。

4.虚拟线程优缺点

虚拟线程的优点主要包括:

  1. 更高的性能:虚拟线程能够减少线程的创建和销毁开销,同时避免受到操作系统线程数量的限制,从而提供更高的性能。
  2. 更好的可伸缩性:由于虚拟线程可以创建数百万甚至数十亿个线程,因此Java应用程序能够更好地适应大规模并发场景,并具有更好的可伸缩性。
  3. 更低的资源消耗:相比于操作系统线程,虚拟线程是轻量级的,占用的内存和CPU资源更少。

然而,虚拟线程也存在一些潜在的缺点:

  1. 学习成本较高:使用虚拟线程需要对并发编程模型有一定的理解,并且需要适应新的API和开发范式。
  2. 可能引入新的问题:由于虚拟线程是一个相对较新的功能,可能会存在一些未知的问题或者不稳定性。

5.如何创建和使用虚拟线程

在Java 21中创建和使用虚拟线程主要有3种常用方法:

5.1 使用静态构建器方法

Thread.startVirtualThread方法将可运行Runnable对象作为参数来创建,并立即启动运行虚拟线程,案例代码:

Runnable runnable = () -> {
    System.out.println("Hello, www.panziye.com");
};

// 使用静态构建器方法
Thread virtualThread = Thread.startVirtualThread(runnable);

也可以使用Thread.ofVirtual()来创建,这里还可以设置一些属性,比如:线程名称。代码如下:

Thread.ofVirtual()
        .name("panziye-virtual-thread")
        .start(runnable);

5.2 与ExecutorService结合使用

从JDK5开始,就推荐开发人员使用ExecutorServices而不是直接使用Thread类了。现在,Java 21中引入了使用虚拟线程,所以也有了新的ExecutorService来适配,一起看下下面的代码:

Runnable runnable = () -> {
    System.out.println("Hello, www.panziye.com");
};

try (ExecutorService executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executorService.submit(runnable);
    }
}

上述代码在try代码块中创建了一个ExecutorService,用来为每个提交的任务创建虚拟线程来运行处理。
5.3 使用虚拟线程工厂

我们还可以创建一个生成虚拟线程的工厂来管理,具体看下面的例子:

Runnable runnable = () -> {
    System.out.println("Hello, www.panziye.com");
};

ThreadFactory virtualThreadFactory = Thread.ofVirtual()
        .name("panziye", 0)
        .factory();

Thread factoryThread = virtualThreadFactory.newThread(runnable);
factoryThread.start();

这段代码创建了一个虚拟线程工厂,每个虚拟线程名称都会以panziye为前缀、以数字结尾(从0开始累加)的名称。

6.虚拟线程的使用注意事项

在使用虚拟线程时,需要注意以下几点:

  • 虽然虚拟线程可以创建大量线程,但过多的线程仍可能导致性能下降或资源耗尽。因此,在设计应用程序时,仍需合理控制并发度。
  • 使用虚拟线程时,需要遵循良好的并发编程实践,如避免共享可变状态、使用适当的同步机制等,以确保线程安全性和正确性。
  • 在迁移现有代码到使用虚拟线程时,需要进行一定的重构和调整,以适应新的API和开发范式。

7.总结

通过以上学习我们知道了什么是虚拟线程,以及如何去使用虚拟线程,以上就是Java21新特性 – 虚拟线程的全部内容,希望对你有帮助!


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