java19预览版特性/java21正式版特性：Virtual Threads（虚拟线程）的发展来源/特点/创建

发展来源

虚拟线程主要作用是提升服务器端的吞吐量。
吞吐量与下面3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。在以前的java版本中，一个请求对应一个线程。
• 吞吐量：单位时间内处理的数据数量。

比如一个服务器应用程序的延迟是50ms，处理10个并发请求，则吞吐量是200请求/秒（10 / 0.05）。如果吞吐量要提高到2000请求/秒，则处理的并发请求数量要提高到100。按照1个请求对应一个线程的比例来看，线程数量也要增加到100。

但java中的线程是在操作系统线程里进行了一层包装，而操作系统中线程与硬件相关，不能轻易增加，此时线程数量就限制了系统性能。当遇到以下场景时，系统很可能卡顿：

• 至少几千的并发任务量
• 任务为io密集型
  为了解决该问题，虚拟线程就出现了。

原先的对应情况：

现在的对应情况：

特点

• 虚拟线程提高了系统的吞吐量。
• 虚拟线程创建所耗费的资源是极低的，无需系统调用和系统级别的上下文切换
• 虚拟线程的生命周期短暂，不会有很深的栈的调用
• 一个虚拟线程的生命周期中只运行一个任务，因此我们可以创建大量的虚拟线程
• 虚拟线程无需池化。

简单应用

//ExecutorService实现了AutoCloseable接口，可以自动关闭了
try (ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool()) {
    //向executor中提交1000000个任务
    IntStream.range(0, 1000000).forEach(
        i -> {
            executor.submit(() -> {
                try {
                    //睡眠1秒，模拟耗时操作
                    Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                    System.out.println("执行任务:" + i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            });
        });
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

以上代码中为每个任务创建一个线程，当任务量较多的时候，你的电脑可以感受到明显的卡顿（如果没有，可以增加任务数量试下）。
而如果将newCachedThreadPool改为newVirtualThreadPerTaskExecutor，就不会感到卡顿了。

调度器

以前线程和任务之间的关系：

使用虚拟线程之后，任务-虚拟线程-调度器-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：

携带器

调度器将虚拟线程挂载到线程之后，该线程叫做虚拟线程的携带器，在一个虚拟线程的生命周期中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Thread Local变量。

在程序的执行过程中，虚拟线程遇到阻塞的操作时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。譬如get方法和send方法（会有io操作）时会使虚拟线程发生挂载和解除挂载。

下面情况不会导致虚拟线程的解除挂载，会同时阻塞携带器和操作系统线程：

• 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
• 操作系统基本的文件操作
• java中的Object.wait()方法

创建虚拟线程

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。

Thread.startVirtualThread

1.通过Thread.startVirtualThread直接创建一个虚拟线程

//创建任务
Runnable task = () -> {
    System.out.println("执行任务");
};

//创建虚拟线程将任务task传入并启动
Thread.startVirtualThread(task);

//主线程睡眠，否则可能看不到控制台的打印
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

Thread.ofVirtual()方法

2.使用Thread.ofVirtual()方法创建

//创建任务
Runnable task = () -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
};

//创建虚拟线程命名为诺手，将任务task传入
Thread vt1 = Thread.ofVirtual().name("诺手").unstarted(task);
vt1.start();//启动虚拟线程

//主线程睡眠，否则可能看不到控制台的打印
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

也可以在创建虚拟线程的时候直接启动，
即将

Thread vt1 = Thread.ofVirtual().name("诺手").unstarted(task);
vt1.start();

换为

Thread vt1 = Thread.ofVirtual().name("诺手").start(task);

ExecutorService

3.通过ExecutorService创建，为每个任务分配一个虚拟线程，下面代码中提交了100个任务，对应会有100个虚拟线程进行处理。

/*
    通过ExecutorService创建虚拟线程
    ExecutorService实现了AutoCloseable接口，可以自动关闭了
*/
try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    //向executor中提交100个任务
    IntStream.range(0, 100).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            //睡眠1秒
            try {
                Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                System.out.println(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }                    
        });
    });
}