Java21最重要的新特性之一是虛擬線程（Virtual Threads）。 傳統(tǒng)的Java線程受制于操作系統(tǒng)的線程數(shù)，并發(fā)能力和可伸縮性有限，許多時(shí)候資源無法充分利用。而虛擬線程則提供了一種更高效、更輕量級(jí)的線程模型。虛擬線程，也稱為“用戶模式線程（user-mode threads）”或“纖程（fibers）”。該功能旨在簡(jiǎn)化并發(fā)編程并提供更好的可擴(kuò)展性。虛擬線程是輕量級(jí)的，它們可以比傳統(tǒng)線程創(chuàng)建更多數(shù)量，并且開銷要少得多。

本文主要介紹Java傳統(tǒng)的線程和虛擬線程的特點(diǎn)和區(qū)別，以及虛擬線程的編碼方法和注意事項(xiàng)。

傳統(tǒng)的線程

在舊的Java版本中使用的線程依賴于操作系統(tǒng)的線程，創(chuàng)建線程、銷毀線程以及線程切換都需要大量性能開銷。而操作系統(tǒng)的線程數(shù)有限，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要大量線程的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗竭，性能下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)奔潰。在舊的Java版本中，我們所使用java.lang.Thread來定義線程，這個(gè)就是由操作系統(tǒng)所支持的線程。這種線程通常以1：1的比例映射到OS調(diào)度的內(nèi)核。OS線程相當(dāng)“重”。根據(jù)操作系統(tǒng)配置，默認(rèn)情況下，每個(gè)線程消耗2到10 MB， 因此，如果想在發(fā)應(yīng)用程序中使用一百萬個(gè)線程，那么就要求有超過2TB的內(nèi)存可供使用！很明顯，這就限制了線程數(shù)量。

在基于Java的Web應(yīng)用中，每個(gè)請(qǐng)求使用一個(gè)線程有很多優(yōu)點(diǎn)，比如狀態(tài)管理和清理更加容易。但它也造成了可擴(kuò)展性的限制。容易使CPU或網(wǎng)絡(luò)資源耗盡。 

虛擬線程

Java21引入虛擬線程，使得Java應(yīng)用程序的線程不再受制于操作系統(tǒng)，可以在應(yīng)用中創(chuàng)建多達(dá)數(shù)十億的線程，更好地適應(yīng)各種高并發(fā)場(chǎng)景，提供更高的并發(fā)能力。虛擬線程具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 更高的性能：虛擬線程不再受制于操作系統(tǒng)的線程數(shù)，并且減少了線程創(chuàng)建、銷毀、共享等操作的性能開銷。從而獲得更高的并發(fā)性能。
• 更高可伸縮性：虛擬線程可以創(chuàng)建多達(dá)數(shù)十億的線程，更能適應(yīng)Java應(yīng)用的大規(guī)模并發(fā)場(chǎng)景。
• 資源消耗更低：虛擬線程比操作系統(tǒng)的線程更加輕量級(jí)，資源利用率較高，CPU和內(nèi)存占用較少。

虛擬線程是一個(gè)java.lang.Thread變體，是Project Loom的一部分，不受操作系統(tǒng)的管理或調(diào)度，而是由JVM負(fù)責(zé)調(diào)度。當(dāng)然，任何底層的邏輯都還必須在操作系統(tǒng)線程中運(yùn)行，只是JVM利用載體線程（carrier threads，也就是平臺(tái)線程）之上“攜帶”虛擬線程。

編碼示例

虛擬線程的學(xué)習(xí)成本比較低，只需要像對(duì)待非虛擬線程一樣對(duì)待他們就可以了。

(1) 傳統(tǒng)線程的開發(fā)傳統(tǒng)線程的用法在使用虛擬線程之前我們先來回顧一下傳統(tǒng)的線程的寫法。

Runnable fn = () -> {
  // 業(yè)務(wù)代碼
};

Thread thread = new Thread(fn).start();

Project Loom 簡(jiǎn)化了并發(fā)方法，它提供了一種新方法來創(chuàng)建平臺(tái)的線程：

Thread thread = Thread.ofPlatform().
                      .start(runnable);

或者：

Thread thread = Thread.ofPlatform().
                      .daemon()
                      .name("my-custom-thread")

(2) 虛擬線程的用法

API寫法：

Runnable fn = () -> {
// 業(yè)務(wù)代碼
};

Thread thread = Thread.ofVirtual(fn)
                      .start();

Project Loom 寫法：

Thread thread = Thread.startVirtualThread(() -> {
// 業(yè)務(wù)代碼
});

創(chuàng)建虛擬線程的另一種方法是使用Executor：

var executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

executorService.submit(() -> {
// 業(yè)務(wù)代碼

});

因?yàn)樗械奶摂M線程都是守護(hù)線程，所以如果想在主線程上等待，就需要調(diào)用join()方法，Join方法的作用就是讓主線程等待，當(dāng)有新的線程加入時(shí)，主線程會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)，一直到調(diào)用方法的副線程執(zhí)行結(jié)束為止。

thread.join();

虛擬線程開發(fā)注意事項(xiàng)

• 注意控制線程數(shù)：虛擬線程可以創(chuàng)建大量線程，很容易讓開發(fā)人員不在意其數(shù)量，而過多的線程仍然會(huì)導(dǎo)致性能下降或資源耗盡。因此，仍需根據(jù)資源數(shù)量合理控制應(yīng)用程序的并發(fā)度。
• 注意線程安全：使用虛擬線程時(shí)要注意線程安全性和正確性，避免共享可變狀態(tài)、根據(jù)需要使用同步機(jī)制。
• 注意代碼遷移：在從傳統(tǒng)線程遷移到使用虛擬線程的時(shí)候，需要注意代碼與新環(huán)境、新規(guī)范、新需求的一致性。 

總結(jié)

虛擬線程是Java并發(fā)開發(fā)方面的通用、強(qiáng)大的新方法，在Java21版本中已經(jīng)十分成熟了。對(duì)于需要從舊版本JDK遷移到新版本JDK的應(yīng)用程序來說，改造難度并不大，同時(shí)還可以充分利用所有可用硬件資源，提高Java應(yīng)用程序的并發(fā)性和可伸縮性。