本文主要是介绍什么是JDK21虚拟线程,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
JDK21虚拟线程
- 1. 来一段小故事
- 2. 什么是虚拟线程
- 3. 虚拟线程的几个关键特点
- 4.细说关键特点
- 1.为什么轻量级的
- 1.传统线程运行时间
- 2.虚拟线程运行时间
- 3.对垃圾回收的影响
- 2.非绑定OS线程的魅力所在
- 3.和传统相比为何易于使用
- 4.阻塞优化有什么好处
- 1.什么是阻塞优化
- 2.JDK 21虚拟线程的阻塞优化
- 3.传统线程的阻塞
1. 来一段小故事
- 假设博主经营一家快递公司,以前呢,每送一件包裹,你都得安排一辆大卡车出去,哪怕包裹很小。这样操作虽然可靠,但是成本高,效率低,特别是当有很多小包裹要送的时候,大卡车们忙着到处跑,油费不少花,还经常堵在路上。
- JDK21的虚拟线程就像是引入了一种新型的送快递方式。现在,你可以用很多轻便的电动车来送包裹,这些电动车就是“虚拟线程”。它们成本低,启动快,数量可以很多,应对大量小任务轻轻松松。当电动车(虚拟线程)在等红灯或者充电(执行耗时操作如读写文件)时,司机(JVM)就会让其他电动车接手其他包裹,保证路上总有车在跑,效率大大提升。
- 而且,用这些电动车安排送货任务非常简单,就像以前安排卡车一样,只是现在你有了更灵活、更高效的工具。当然,对于那些确实需要大卡车的大件货物(重量级计算任务),你还是可以用传统的卡车(操作系统线程),两种方式结合使用,让快递业务更加高效顺畅。这就是JDK21虚拟线程的通俗解释。
2. 什么是虚拟线程
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首先,让我们揭开虚拟线程的神秘面纱。虚拟线程,或称为协程,是一种由JVM直接管理的轻量级线程。不同于操作系统级别的传统线程,每个虚拟线程占用的资源极小,使得在同一进程中可以轻松创建成千上万条这样的线程,极大地提升了系统对于高并发场景的应对能力。
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Thread.ofVirtual():这是手动启动虚拟线程的简便方式,只需一行代码,你就能为特定任务分配一个虚拟线程。
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结构化并发:JDK 21引入的预览特性之一,让并发控制更加有序和安全。通过结构化并发,程序可以在明确的生命周期边界内自动创建和管理虚拟线程,减少了死锁和竞态条件的风险。
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Executors的革新:类似线程池的使用模式,但针对虚拟线程进行了优化,让你能够以熟悉的API享受虚拟线程带来的性能提升。
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用一串代码来体验一下:
public class VirtualThreadDemo {public static void main(String[] args) {// 创建一个虚拟线程工厂var threadFactory = Thread.ofVirtual().factory();// 使用虚拟线程执行任务for (int i = 0; i < 10_000; i++) {var vt = threadFactory.newThread(() -> {System.out.println('Hello from Virtual Thread: ' + Thread.currentThread());});vt.start();}// 等待所有虚拟线程完成(实际应用中需考虑更优雅的同步机制)// 这里仅作演示,未加入等待逻辑}
}
- 在上面代码中,我们使用
Thread.ofVirtual().factory()
创建了一个虚拟线程工厂,随后启动了1万个虚拟线程,每个线程打印出自己的信息。这在传统线程模型下几乎是不可想象的任务量,但在虚拟线程的支持下,却变得轻而易举
3. 虚拟线程的几个关键特点
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轻量级:虚拟线程的创建和销毁成本远低于操作系统线程,使得应用程序能够创建成千上万甚至百万级别的线程,这对于高并发场景特别有利。
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非绑定OS线程:虚拟线程不由操作系统直接管理,而是由Java虚拟机(JVM)管理。这意味着虚拟线程可以在较少的操作系统线程上实现复用,减少上下文切换开销和资源消耗。
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易于使用:开发者可以像创建常规线程一样创建虚拟线程,但不需要担心线程池大小调整或过多线程带来的性能问题。
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阻塞优化:当虚拟线程执行阻塞操作(如I/O操作、锁等待等)时,它们会被暂停,而其底层的载体线程(carrier thread,对应的操作系统线程)则可以被释放去执行其他虚拟线程,从而提高了整体的并发效率。
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调度由JVM控制:虚拟线程的生命周期、状态管理、任务提交、休眠和唤醒等操作完全由JVM控制,提供了更好的可控制性和灵活性。
4.细说关键特点
1.为什么轻量级的
1.传统线程运行时间
1.传统线程创建示例:
public class PlatformThreadExample {public static void main(String[] args) {long startTime = System.nanoTime();for (int i = 0; i < 10000; i++) {new Thread(() -> doWork()).start();}System.out.printf("创建==> %d 个线程,用时==> %d 纳秒",10000, System.nanoTime() - startTime);}private static void doWork() {// 简单的工作逻辑
}
2.运行结果
3.运行时间为:1041478300纳秒
2.虚拟线程运行时间
1.虚拟线程创建示例
import java.util.concurrent.ThreadFactory;public class VirtualThreadExample {public static void main(String[] args) {long startTime = System.nanoTime();ThreadFactory virtualThreadFactory = Thread.ofVirtual().factory();for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {Thread vt = virtualThreadFactory.newThread(() -> doWork());vt.start();}System.out.printf("创建==> %d 个线程,用时==> %d 秒",1_000_000, System.nanoTime() - startTime);}private static void doWork() {// 简单的工作逻辑}
}
2.运行结果
3.运行时间为:536852800纳秒
3.对垃圾回收的影响
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资源消耗减少:虚拟线程相较于操作系统线程消耗更少的内存资源。因为它们不需要分配大量的栈空间(通常虚拟线程的栈空间可以动态调整且较小),减少了堆外内存的占用,这可能导致GC活动减少,尤其是在大量线程并发的场景下。
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栈内存管理:虚拟线程的栈是动态分配和释放的,这意味着当虚拟线程不再使用或阻塞时,其占用的栈内存可以更快地被回收或复用,减少了长时间运行过程中累积的内存碎片,有助于GC更高效地进行内存整理。
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生命周期管理:虚拟线程的生命周期通常较短,尤其是在处理短暂任务后迅速结束,这减少了需要跟踪和回收的对象数量,减轻了GC的压力。
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GC频率:在高并发场景下,由于每个虚拟线程的内存占用减少,整体的内存分配速率可能降低,导致GC事件的发生频率相对降低。
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GC停顿时间:由于虚拟线程的轻量级特性,它们对堆内存的影响减小,可能减少因大对象分配或老年代回收而导致的长停顿时间。
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内存使用效率:虚拟线程栈的高效管理有助于维持稳定的内存使用水平,减少内存碎片,使得内存使用更加平滑,GC曲线可能展现出更加平稳的趋势。
2.非绑定OS线程的魅力所在
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资源效率:虚拟线程消耗的内存远低于传统OS线程,因为它们共享JVM的资源,减少了对系统资源的争抢。
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上下文切换成本低:JVM优化了虚拟线程之间的切换过程,几乎感受不到额外开销,提升了整体性能。
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简化编程模型:开发者不再需要复杂的线程池配置,可以像处理普通对象一样创建和销毁虚拟线程,降低了并发编程的门槛。
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用一个生活中的案例比喻:设想一家在线零售平台在大促期间面临亿级用户请求的挑战。使用虚拟线程前,服务器可能因线程管理和资源分配问题而崩溃。但在采用JDK 21后,每个用户请求都能被迅速封装进一个轻量级的虚拟线程中,JVM智能调度确保所有请求得到高效、有序的处理,不仅提升了用户体验,还显著降低了运维成本。
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总而言之,JDK 21中的虚拟线程及其非绑定OS线程特性,它以极简的资源占用、高效的执行效率以及友好的编程模型,为开发者铺设了一条通往高性能并发应用的康庄大道。
3.和传统相比为何易于使用
1.先来用代码写一个示例:
public class HelloWorld {public static void main(String[] args) {Thread vThread = Thread.startVirtualThread(() -> {System.out.println('Hello, Virtual World!');});vThread.join(); // 等待虚拟线程结束}
}
2.就像代码中所写,创建一个虚拟线程就像调用:Thread.startVirtualThread(Runnable task)
3.这么简单,无需复杂的线程池配置,也不必担心过多线程导致的性能瓶颈
4.资源效率提升:传统线程每个都映射到操作系统层面,消耗显著资源。而虚拟线程则不然,它们数量众多却几乎不增加额外开销,使得应用程序能够更加灵活地应对高并发场景
4.阻塞优化有什么好处
1.什么是阻塞优化
1.用一个生活案例进行举例:假设博主正站在繁忙的十字路口,车辆川流不息,但偶尔因红灯而停滞不前,造成交通短暂拥堵。这就像我们的程序在执行过程中,线程遇到IO操作或锁竞争时被迫等待的情景。现在,想象有一种魔法,能让停滞的车辆瞬间消失,道路重新畅通无阻,直到绿灯亮起它们才再次出现——这就是JDK 21虚拟线程阻塞优化带给我们的奇迹。
2.阻塞优化的魅力:当虚拟线程遇到IO阻塞或类似情况时,JVM会施展它的“隐形斗篷”,将这个虚拟线程从其载体的平台线程上移除,释放该平台线程去处理其他任务。这一过程无需程序员显式编码,完全由JVM自动完成。相比之下,传统线程在阻塞时会占用一个操作系统线程,即使不做任何工作也是如此,白白浪费了宝贵的系统资源。
3.简要浏览一段代码:
public class VirtualThreadDemo {public static void main(String[] args) {// 创建一个虚拟线程执行网络请求Thread vThread = Thread.startVirtualThread(() -> {var response = fetchFromNetwork('https://editor.csdn.net/md?not_checkout=1&spm=1001.2014.3001.5352&articleId=139201961');System.out.println('Data fetched: ' + response);});// 主线程继续执行其他任务System.out.println('Main thread doing other work...');}static String fetchFromNetwork(String url) {// 假设这是一个耗时的网络请求// 在此期间,虚拟线程会被透明卸载,不会阻塞主线程或其他任务return 'dummy data';}
}
4.在这段代码中,当我们发起网络请求时,虚拟线程会自动处理潜在的阻塞,确保主线程和其他任务不受影响,展现了其高效的并发能力。
2.JDK 21虚拟线程的阻塞优化
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自动的非阻塞转换:虚拟线程在执行到阻塞操作时,JVM会自动将其从当前的载体线程(即实际的平台线程)上移除,释放载体线程去执行其他任务,而不会直接阻塞操作系统线程。这意味着即使虚拟线程阻塞,也不再消耗宝贵的系统资源。
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轻量级上下文切换:虚拟线程之间的上下文切换比传统线程更为轻量,因为它们不涉及操作系统级别的状态保存和恢复,减少了开销。
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透明性:对于开发者而言,虚拟线程上的阻塞操作看起来像是同步的,但底层实际上是以非阻塞方式高效处理,无需手动编写复杂的异步回调逻辑,代码更加简洁、直观。
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资源效率:由于虚拟线程不直接占用操作系统资源,可以创建数以百万计的线程而不会耗尽系统资源,使得高度并发的应用成为可能。
代码示例:
// 假设代码在JDK 21环境下,使用虚拟线程执行阻塞操作
import java.util.concurrent.*;public class VirtualThreadBlockingOptimized {public static void main(String[] args) {var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();Future<?> future = executor.submit(() -> {try {// 同样是阻塞操作,但虚拟线程优化了阻塞处理Thread.sleep(1000);System.out.println("虚拟线程完成阻塞操作");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}});System.out.println("主线程继续执行,虚拟线程阻塞不会阻塞载体线程");try {// 等待虚拟线程完成,非必须,仅为演示future.get(); } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}executor.shutdown();}
}
3.传统线程的阻塞
在传统的线程模型中,每个线程直接映射到操作系统的一个线程。当线程执行到阻塞操作,如I/O操作或等待锁时,操作系统会将该线程挂起,直到阻塞条件解除。传统线程的阻塞优化通常涉及:
- 非阻塞I/O(NIO):使用如Java NIO来避免在I/O操作时阻塞线程,转而使用回调或者轮询机制来通知数据准备好。
- 锁优化:如自旋锁、锁粗化、锁消除等技术减少线程因竞争锁而阻塞的情况。
- 线程池:通过复用线程来减少频繁创建和销毁线程的开销,同时限制并发线程的数量以防止资源耗尽。
代码示例:
public class TraditionalThreadBlocking {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {try {// 阻塞操作,如读取文件或网络I/OThread.sleep(1000); System.out.println("传统线程完成阻塞操作");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}});thread.start();System.out.println("主线程继续执行,但系统资源被阻塞的线程占用");}
}
这篇关于什么是JDK21虚拟线程的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!