Java 虚拟线程

虚拟线程是由 JVM 管理的轻量级线程，通过将 Java 线程与操作系统线程解耦来实现高并发。与受系统资源限制的传统线程（称为平台线程）不同，虚拟线程在用户空间中管理，可以在不压垮系统的情况下实现数百万个并发操作。

gakki_siki

3048人浏览 · 2024-12-04 09:36:27

gakki_siki · 2024-12-04 09:36:27 发布

什么是虚拟线程？
Java 中创建虚拟线程
使用虚拟线程执行器
虚拟线程与平台线程的比较
虚拟线程的实际例子
- 示例 1：处理高并发任务（例如 Web 请求）
- 示例 2：并行化文件 I/O
- 示例 3：虚拟线程上的阻塞操作
虚拟线程的实际用例
限制和最佳实践

Java 在 Project Loom 中引入虚拟线程是并发编程的重大发展。虚拟线程是轻量级的用户模式线程，旨在通过以最小的开销实现高水平的可扩展性来简化 Java 应用程序中的并发性。与传统（平台）线程不同，虚拟线程由 Java 虚拟机 (JVM) 管理，而不是操作系统，这使得它们能够生成数百万个线程，而不会有操作系统线程的资源密集型成本。

本指南将实际探讨虚拟线程，涵盖关键概念、设置、用例和实际示例，以帮助您有效地利用这种新的并发模型。

1. 什么是虚拟线程？

虚拟线程的主要特点：

最小开销：每个虚拟线程消耗很少的内存和 CPU。
由 JVM 管理：虚拟线程由 JVM 调度和管理，减少对操作系统资源的依赖。
适用于 IO 密集型任务：它们可以挂起而不阻塞操作系统线程，非常适合等待网络或文件 I/O 的应用程序。

2. Java 中创建虚拟线程

通过 Java 的新 Thread.ofVirtual().start() API 创建虚拟线程非常简单。

public class VirtualThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().start(() -> {
            System.out.println("Running in a virtual thread: " + Thread.currentThread());
        });

        virtualThread.join(); // 等待完成
    }
}

说明

Thread.ofVirtual().start() 方法创建一个虚拟线程，然后打印一条消息。join() 方法确保主线程等待虚拟线程完成。

3. 使用虚拟线程执行器

Java 提供了 VirtualThreadPerTaskExecutor 来管理虚拟线程，非常适合需要任务池的情况。

import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualThreadExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                int taskId = i;
                executor.submit(() -> {
                    System.out.println("Task " + taskId + " running on " + Thread.currentThread());
                });
            }
        } // 使用后自动关闭
    }
}

说明

在这里，我们创建了一个执行器，为每个任务生成一个新的虚拟线程，并在使用后自动清理。这种方式有助于执行多个隔离任务，而无需手动管理线程的创建和生命周期。

4. 虚拟线程与平台线程的比较

特征	平台线程	虚拟线程
创建开销	高	低
上下文切换	由操作系统管理	由 JVM 管理
最佳用例	CPU 密集型任务	IO 密集型任务
内存消耗	高	低

平台线程受系统资源限制，适合 CPU 密集型任务，而虚拟线程对 IO 密集型任务效率很高。

5. 虚拟线程的实际例子

示例 1：处理高并发任务（例如 Web 请求）

虚拟线程非常适合需要处理数千个并发任务的应用程序，例如服务器中的 HTTP 请求。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.net.URI;

public class HighConcurrencyExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
        var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int requestId = i;
            executor.submit(() -> {
                try {
                    HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder(new URI("https://example.com"))
                            .GET().build();
                    HttpResponse<String> response = client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
                    System.out.println("Response for request " + requestId + ": " + response.body());
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }

        executor.close();
    }
}