Java 19 最核心的特性就是虚拟线程（Virtual Threads）

简介

该特性在Java19中是预览特性，虚拟线程是用户态下的线程，和go语言中的goroutines，Erlang中的processes类似，虚拟线程并非比线程快，而是提高了应用的吞吐量，相比于传统的线程是由操作系统调度来看，虚拟线程是我们自己程序调度的线程。虚拟线程的出现并没有修改Java原有的并发模型，也不会替代原有的线程，虚拟线程主要作用是提高服务器端的吞吐量（主要解决IO密集型而非CPU密集型任务）

吞吐量的瓶颈

服务器应用程序的伸缩性受利特尔法则（Little's Law）的制约，与下面三点有关：

延迟：请求处理的耗时
并发量：同一时刻处理的请求数量
吞吐量：单位时间内处理的数据数量

如果一个服务处理延迟是50ms，处理10个并发请求，则吞吐量是200请求/秒（10/0.05），如果吞吐量要达到2000请求/秒，则处理的并发请求数量是100. 如果按照1个请求一个线程来看，要想提高吞吐量，线程数量也要增加。

Java中的线程在操作系统线程（OS Thread）进行了一层封装，而操作系统重线程是重量级资源，在硬件配置确定的前提下，不能无限制创建线程。

os thread
virtual thread

与虚拟地址可以映射到物理内存类似，Java将大量的虚拟线程映射到少量的操作系统线程上，虚拟线程的生命周期短暂，不会有很深的栈调用，一个虚拟线程的生命周期只运行一个任务，因此可以大量创建虚拟线程，且无需池化。

虚拟线程的应用场景

在服务器端的应用程序中，虚拟线程能够明显提高应用的吞吐量：

至少几千的并发任务量
任务是IO密集型

平台线程和虚拟线程

平台线程（platform thread）：指Java中的线程，比如通过new Thread()创建的线程。
虚拟线程并不会直接分配给CPU执行，而是通过调度器分配给平台线程，平台线程再被调度器管理。Java中的虚拟线程的调度器采用了工作窃取的模式进行FIFO的操作，调度器的并行书默认是jvm获取的处理器数量（Runtime.getRuntime().availableProcessors()），调度器并非分时（time sharing）的。在使用虚拟线程编写程序时，不能控制虚拟线程合适分配给平台线程，也不能控制平台线程合适分配给CPU。

以前任务和平台线程的关系：
old mode
在使用虚拟线程之后，任务-虚拟线程-调度器-平台线程的关系，1个平台线程可以被调度器分配不同的虚拟线程：
new mode

携带器

调度器将虚拟线程挂载到平台线程之后，该平台线程叫做虚拟线程的携带器，调度器并不维护虚拟线程和携带器的关联关系，因此在一个虚拟线程的生命周期可以被分配到不同的携带器，即虚拟线程运行了一小段代码后，可能会脱离携带器，此时其他的虚拟线程会被分配到这个携带器上。

携带器和虚拟线程是相互独立的，比如：

虚拟线程不能使用携带器的标识，Thread.current()方法获取的是虚拟线程本身。
两者有各自的栈空间。
两者不能访问对方的ThreadLocal变量

在程序的执行过程中，虚拟线程遇到阻塞的操作是大部分情况下会被解除挂载，阻塞结束后，虚拟线程会被调度器重新挂载到携带器上，因此虚拟线程会频繁的挂载和解除挂载，这并不会导致操作系统线程的阻塞。
有些阻塞操作并不会导致虚拟线程接触挂载，这样会同时阻塞携带器和操作系统线程，例如：操作系统基本的文件操作，Java的Object.wait()方法，下面两种情况下不会导致虚拟线程的解除挂载：

执行synchronized同步代码（会导致携带器阻塞，所以建议使用ReentrantLock替换掉Synchronized）
执行本地方法或外部函数

虚拟线程和平台线程api的区别

从内存空间上来说，虚拟线程的栈空间可以看做是一个大块的站对象，他被存储在Java堆中，相比于单独存储对象，堆中存储虚拟线程会造成一些空间的浪费，这点在后续的Java版本中应该会得到改善，当然也有一些好处，就是可以重复利用这部分栈空间，不用多次申请开辟新的内存地址，虚拟线程的栈空间最大可以达到平台线程的栈空间容量。
虚拟线程并不是GC root，其中的引用不会出现Stop World，当虚拟线程阻塞之后比如BlockingQueue.take()，平台线程既不能获取到虚拟线程，也不能获取到queue队列，这样该平台线程可能被回收掉，虚拟线程在运行或阻塞时不会被GC

通过Thread构造方法创建的线程都是平台线程
虚拟线程是守护线程，不能通过setDaemon方法改为非守护线程
虚拟线程的优先级是默认的5，不能被修改，将来版本可能允许修改
虚拟线程不支持stop(), suspend(),resume()方法

创建虚拟线程的方式

Java中创建的虚拟线程本质都是通过Thread.Builder.OfVirtual对象进行创建的，有如下三种方式：

Thread.startVirtualThread()直接创建一个虚拟线程
Thread.ofVirtual().name("virtual-thread-").unstarted(r)
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()

示例代码

虚拟线程池

import java.time.Duration;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.IntStream;

/**
 * @author imyzt
 * @date 2023/12/18
 * @description VirtualThread 1
 */
public class VirtualThread {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 通过线程池创建虚拟线程池
        try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            IntStream.range(0, 10000000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                        System.out.println("执行任务: " + i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            });
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

创建虚拟线程

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author imyzt
 * @date 2023/12/18
 * @description VirtualThread 2
 */
public class CreateVirtualThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Runnable r = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 执行了");

        // 创建虚拟线程, 方式1
        Thread.startVirtualThread(r);

        Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().name("virtual-thread-").unstarted(r);
        virtualThread.start();
        System.out.println("是虚拟线程吗? " + virtualThread.isVirtual());

        Thread platformThread = Thread.ofPlatform().priority(0).daemon(true).name("platform-thread-").unstarted(r);
        platformThread.start();
        System.out.println("是虚拟线程吗? " + platformThread.isVirtual());

        // --- 执行了
        //virtual-thread- --- 执行了
        //是虚拟线程吗? true
        //platform-thread- --- 执行了
        //是虚拟线程吗? false

        // 主线程休眠
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    }
}

其它

除了提出虚拟线程外，还提出来新的并发编程模型结构化并发，

杨镇涛的一亩三分地

Java 19 新特性

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