Java21中的新特性虚拟线程详解

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。它本身是基于操作系统级别的线程的，但是由JVM调度的，因此不需要系统内核的介入，减少了线程调度的开销。虚拟线程的思想是在操作系统线程的基础上增加一个轻量级并发调度对象，原有操作系统线程发生阻塞时往往需要进行开销非常大的上下文切换才能完成调度，但是在虚拟线程发生阻塞时将同属一个操作系统线程的另外一个虚拟线程进行调度运行是一个开销比较低的方式，这将大幅提升Java的并发能力，可以说在这个并发为王的时代对于并发能力的大幅提升也是虚拟线程在Java21中被称作史诗级更新的原因。

一、虚拟线程简介

1.虚拟线程和操作系统线程（传统Java线程）的比较

1)传统Java线程：

传统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

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。

2.虚拟线程的优势

1)轻量级

虚拟线程的创建、销毁和切换开销比操作系统级别的线程更小。

2)可管理性

虚拟线程可以在用户级别进行线程管理，提供了更高的可控性。

3)高并发

虚拟线程可以同时创建大量的线程，支持更高的并发度。

3.Java虚拟线程和Goroutine的比较

1)相同点

Java虚拟线程和Goroutine都是为了解决高并发场景下的线程管理问题而设计的。

2)不同点

Goroutine由Go语言实现，是Go语言的特色之一，它通过协程调度实现并发。它与虚拟线程最显著的区别在于虚拟线程是基于操作系统线程的，同一组虚拟线程基于一个操作系统线程运行，因此无法进行跨核调度，也就是说当前操作系统线程运行所在的CPU核心就是虚拟线程运行所在的核心，而Goroutine则没有这个限制，同一组Goroutine也完全可能运行在不同核心上。

综上可以看到Java虚拟线程和Goroutine不是一个层面上的并发执行工具，放在一起进行性能比较意义不大。

二、虚拟线程的使用场景

1.虚拟线程示例

import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class VirtualThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor(Executors.newCachedThreadPool());
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任务" + Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("任务" + Thread.currentThread().getName() + "执行完成");
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

这个示例中，我们使用了Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor方法创建一个虚拟线程的执行器，这个执行器在每次提交一个新任务时，都会为这个任务创建一个新的虚拟线程来执行它。这意味着每个任务都有自己的虚拟线程，不会与其他任务共享操作系统线程。这与传统的线程池思想不同，传统的线程池通常会重用线程池中的空闲线程来执行新的任务。

这个执行器使用了一个缓存线程池作为它的底层线程池。这意味着如果一个任务提交后，没有可用的虚拟线程来执行它，那么这个任务会被放到一个缓存队列中，等待一个虚拟线程空闲出来。如果缓存队列已满，而且所有的虚拟线程都在忙，那么这个任务会被拒绝。

2.虚拟线程应用场景

1）促销秒杀场景

在促销秒杀业务场景中，可以利用虚拟线程实现高并发、低延迟的应用。例如，金融应用服务器可以利用虚拟线程实现多线程业务逻辑，提高交易响应的流畅度和响应速度。

2）WEB应用中处理HTTP请求

在Web应用中，可以使用虚拟线程来处理高并发的HTTP请求，提高Web服务器的吞吐量和响应速度。

3）大数据处理

在大数据处理中，可以使用虚拟线程来处理海量数据，提高数据处理速度和效率。

3.虚拟线程应用时的注意事项

1）虚拟线程是基于操作系统线程的的优化而并非革命

虚拟线程不能完全解决多线程并发问题，因为即使有了虚拟线程，同一时间也只能有一个线程在执行，而不能真正实现并行执行。

2）注意并发竞争时的线程安全问题

虚拟线程不能彻底解决线程安全问题，因为虚拟线程仍然存在竞争条件和死锁等问题，而一旦出现死锁等严重问题后果非常严重。

3）小心内存泄露

由于虚拟线程的上下文信息是与操作系统线程一起共享的，因此如果虚拟线程过多，且有的虚拟线程未正常关闭，可能会导致内存泄漏问题，因此虚拟线程的处理中要特别注意Finally代码段时释放内存并关闭网络连接。

三、虚拟线程未来展望

个人认为未来Java虚拟线程将会不断优化性能，甚至引入全新的调度模型来进一步提高并发处理能力和系统吞吐量，并完善安全机制，防止非法访问和操作，保护系统的安全性和稳定性。