Java 19虚拟线程实战与性能分析

Java 19推出了新特性“虚拟线程”，类似于Go语言中的协程。它是传统线程的不同之处在于，它是一种用户模式（user-mode）的线程。

虚拟线程是由 JDK 而非操作系统提供的线程的轻量级实现：

虚拟线程是没有绑定到特定操作系统线程的线程。

平台线程是以传统方式实现的线程，作为围绕操作系统线程的简单包装。

下面让我们实际开发一个多线程的程序，分别使用传统线程和虚拟线程，再来对比一下它们运行期间的性能表现。

该程序会创建10万个线程，每个线程并发运行（先睡眠一秒，再打印一个数字），运行完之后打印运行时间

传统线程程序

public class OSThreadMain {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
        AtomicInteger count = new AtomicInteger();
        long start = System.currentTimeMillis();
        try (var executor = Executors.newCachedThreadPool()) {
            IntStream.range(0, 100000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    System.out.println("参数" + (count.getAndIncrement()));
                    Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                    return i;
                });
            });
        }
        System.out.println("耗时" + (System.currentTimeMillis() - start));
        System.in.read();
    }
}

该代码中使用了线程池。

运行结果

可见整体运行时间达到了38秒多。

同时我用JConsole连接了程序，得到的监控图像

可以看出，整个程序运行过程中，比较突出的资源使用是线程数和CPU占用率，线程数达到了将近4000个线程，并持续了程序运行的大部分有效时间（前面为了能让JConsole能先连接上程序再进行监测，程序首先睡了60秒）。同时CPU的占用率也在程序有效运行时间内保持在30%到40%之间。

下面再看虚拟线程代码

public class VirtualThreadMain {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
        AtomicInteger count = new AtomicInteger();
        long start = System.currentTimeMillis();
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            IntStream.range(0, 100000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    System.out.println("参数" + (count.getAndIncrement()));
                    Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                    return i;
                });
            });
        }
        System.out.println("耗时" + (System.currentTimeMillis() - start));
        System.in.read();
    }
}

除了使用了newVirtualThreadPerTaskExecutor方法代替newCachedThreadPool方法之外，代码完全相同。

运行结果

程序运行只花了4323毫秒，仅为传统线程的九分之一。再看JConsole监控结果

 

可见线程数仅为21个左右，而CPU占用率也仅是在一瞬间触达33%左右即迅速回落。可见在线程数和CPU占用率上，虚拟线程大大优于传统线程。

不过值得一提的是，从上两图可看出，传统线程内存占用仅150MB左右，而虚拟线程则为300MB左右，有两倍的差异。这是因为虚拟线程是JDK在用户模式实现，所以需要更复杂的数据结构去实现，而传统线程，则依赖于操作系统，所以JVM的内存占用就少了。