关于java:科技与狠活JDK19中的虚拟线程到底什么鬼

最近，JDK 19 公布了，推出了几个新的个性，其中有一个比拟值得关注的那就是新增了虚构线程。

很多人可能比拟纳闷，到底什么是虚构线程，和咱们当初应用的平台线程有啥区别呢？

要说分明 JDK 19 中的虚构线程，咱们要先来理解一下线程都是怎么实现的。

线程的实现形式

咱们都晓得，在操作系统中，线程是比过程更轻量级的调度执行单位，线程的引入能够把一个过程的资源分配和执行调度离开，各个线程既能够共享过程资源，又能够独立调度。

其实，线程的实现形式次要有三种：别离是应用内核线程实现、应用用户线程实现以及应用用户线程加轻量级过程混合实现。

应用内核线程实现

内核线程（Kernel-Level Thread,KLT）就是间接由操作系统内核（Kernel，下称内核）反对的线程，这种线程由内核来实现线程切换，内核通过操纵调度器（Scheduler）对线程进行调度，并负责将线程的工作映射到各个处理器上，并向应用程序提供 API 接口来治理线程。

应用程序个别不会间接去应用内核线程，而是去应用内核线程的一种高级接口——轻量级过程（Light Weight Process,LWP），轻量级过程就是咱们通常意义上所讲的线程，因为每个轻量级过程都由一个内核线程反对，因而只有先反对内核线程，能力有轻量级过程。

有了内核线程的反对，每个轻量级过程都成为一个独立的调度单元，即便有一个轻量级过程在零碎调用中阻塞了，也不会影响整个过程持续工作。

然而轻量级过程具备它的局限性：首先，因为是基于内核线程实现的，所以各种线程操作，如创立、析构及同步，都须要进行零碎调用。而零碎调用的代价绝对较高，须要在用户态（User Mode）和内核态（Kernel Mode）中来回切换。其次，每个轻量级过程都须要有一个内核线程的反对，因而轻量级过程要耗费肯定的内核资源（如内核线程的栈空间），因而一个零碎反对轻量级过程的数量是无限的。

在用户空间建设线程库，通过运行时零碎 (Run-time System) 来实现线程的治理，因为这种线程的实现是在用户空间的，所以操作系统的内核并不知道线程的存在，所以内核治理的还是过程，所以这种线程的切换不须要内核操作。

这种实现形式下，一个过程和线程之间的关系是一对多的。

这种线程实现形式的长处是线程切换快，并且能够运行在任何操作系统之上，只须要实现线程库就行了。然而毛病也比拟显著，就是所有线程的操作都须要用户程序本人解决，并且因为大多数零碎调用都是阻塞的，所以一旦一个过程阻塞了，那么过程中的所有线程也会被阻塞。还有就是多处理器零碎中如何将线程映射到其余处理器上也是一个比拟大的问题。

还有一种混合实现的形式，就是线程的创立在用户空间实现，通过线程库进行，然而线程的调度是由内核来实现的。多个用户线程通过多路复用来复用多个内核线程。这个就不开展讲了

Java 线程的实现形式

以上讲的是操作系统的线程的实现的三种形式，不同的操作系统在实现线程的时候会采纳不同的机制，比方 windows 采纳的是内核线程实现的，而 Solaris 则是通过混合模式实现的。

而 Java 作为一门跨平台的编程语言，实际上他的线程的实现其实是依赖具体的操作系统的。而比拟罕用的 windows 和 linux 来说，都是采纳内核线程的形式实现的。

也就是说，当咱们在 JAVA 代码中创立一个 Tread 的时候，其实是须要映射到操作系统的线程的具体实现的，因为常见的通过内核线程实现的形式在创立、调度时都须要进行内核参加，所以老本比拟高，只管 JAVA 中提供了线程池的形式来防止反复创立线程，然而仍旧有很大的优化空间。而且这种实现形式意味着受机器资源的影响，平台线程数也是有限度的。

虚构线程

JDK 19 引入的虚构线程，是 JDK 实现的轻量级线程，他能够防止上下文切换带来的的额定消耗。他的实现原理其实是 JDK 不再是每一个线程都一对一的对应一个操作系统的线程了，而是会将多个虚构线程映射到大量操作系统线程中，通过无效的调度来防止那些上下文切换。

而且，咱们能够在应用程序中创立十分多的虚构线程，而不依赖于平台线程的数量。这些虚构线程是由 JVM 治理的，因而它们不会减少额定的上下文切换开销，因为它们作为一般 Java 对象存储在 RAM 中。

虚构线程与平台线程的区别

首先，虚构线程总是守护线程。setDaemon (false)办法不能将虚构线程更改为非守护线程。所以，须要留神的是，当所有启动的非守护过程线程都终止时，JVM 将终止。这意味着 JVM 不会期待虚构线程实现后才退出。

其次，即便应用 setPriority()办法，虚构线程始终具备 normal 的优先级，且不能更改优先级。在虚构线程上调用此办法没有成果。

还有就是，虚构线程是不反对 stop()、suspend()或 resume()等办法。这些办法在虚构线程上调用时会抛出 UnsupportedOperationException 异样。

如何应用虚构线程

接下来介绍一下，在 JDK 19 中如何应用虚构线程。

首先，通过 Thread.startVirtualThread()能够运行一个虚构线程：

Thread.startVirtualThread(() -> {System.out.println("虚构线程执行中...");
});

其次，通过 Thread.Builder 也能够创立虚构线程，Thread 类提供了 ofPlatform()来创立一个平台线程、ofVirtual()来创立虚构现场。

Thread.Builder platformBuilder = Thread.ofPlatform().name("平台线程");
Thread.Builder virtualBuilder = Thread.ofVirtual().name("虚构线程");

Thread t1 = platformBuilder .start(() -> {...}); 
Thread t2 = virtualBuilder.start(() -> {...});

另外，线程池也反对了虚构线程，能够通过 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()来创立虚构线程：

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {IntStream.range(0, 10000).forEach(i -> {executor.submit(() -> {Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}

然而，其实并不倡议虚构线程和线程池一起使 用，因为 Java 线程池的设计是为了防止创立新的操作系统线程的开销，然而创立虚构线程的开销并不大，所以其实没必要放到线程池中。

性能差别

说了半天，虚构线程到底能不能晋升性能，能晋升多少呢？咱们来做个测试。

咱们写一个简略的工作，在控制台中打印消息之前期待 1 秒：

final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

Runnable runnable = () -> {
  try {Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
  } catch(Exception e) {System.out.println(e);
  }
  System.out.println("Work Done -" + atomicInteger.incrementAndGet());
};

当初，咱们将从这个 Runnable 创立 10,000 个线程，并应用虚构线程和平台线程执行它们，以比拟两者的性能。

先来咱们比拟相熟的平台线程的实现：

Instant start = Instant.now();

try (var executor = Executors.newFixedThreadPool(100)) {for(int i = 0; i < 10_000; i++) {executor.submit(runnable);
  }
}

Instant finish = Instant.now();
long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();  
System.out.println("总耗时 :" + timeElapsed);

输入后果为：

总耗时 : 102323

总耗时大略 100 秒左右。接下来再用虚构线程跑一下看看

因为在 JDK 19 中，虚构线程是一个预览 API，默认是禁用。所以须要应用 $ java——source 19——enable-preview xx.java 的形式来运行代码。

Instant start = Instant.now();

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {for(int i = 0; i < 10_000; i++) {executor.submit(runnable);
  }
}

Instant finish = Instant.now();
long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();  
System.out.println("总耗时 :" + timeElapsed);

应用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()来创立虚构线程，执行后果如下：

总耗时 : 1674

总耗时大略 1.6 秒左右。

100 秒和 1.6 秒的差距，足以看出虚构线程的性能晋升还是空谷传声的。

总结

本文给大家介绍了一下 JDK 19 新推出的虚构线程，或者叫协程，次要是为了解决在读书操作系统中线程须要依赖内核线程的实现，导致有很多额定开销的问题。通过在 Java 语言层面引入虚构线程，通过 JVM 进行调度治理，从而缩小上下文切换的老本。

同时咱们通过简略的 demo 测试，发现虚构线程的执行的确高效了很多。然而应用的时候也须要留神，虚构线程是守护线程，所以有可能会没等他执行完虚拟机就会 shutdown 掉。

关于java:科技与狠活JDK19中的虚拟线程到底什么鬼

应用用户线程实现

应用用户线程加轻量级过程混合实现

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