聊一聊JDK21-虚拟线程

目录

前言

Virtual Threads的开始

为什么需要Virtual Threads

JDK19 预览版初次出现

JDK21 Virtual Threads的正式发布

Virtual Threads 该怎么使用

简单聊聊Virtual Threads的实现

使用时候的注意事项

本地尝鲜一下JDK21及Virtual Threads

结语


前言

2023年9月19日,JDK21发布了release版本,首先这是JDK17之后又一个LTS即Oracle官方会长期支持的版本,这个版本带来了很多新的特性,例如:

  • 虚拟线程

  • 分代ZGC

  • switch关键字模式匹配

...等等 详细的特性,请皇上查阅以下链接。

https://openjdk.org/projects/jdk/21/

https://jdk.java.net/21/release-notes 

其中最让人关注的当属从JDK19就提出的Virtual Threads,终于作为JDK21的feature正式可以使用了,在经历了两年的preview版本之后,终于和大家见面了Virtual Threads可以说是近些年来,JDK最让人兴奋,也是讨论最多的特性。

今天就和大家来讨论下JEP444:Virtual Threads 虚拟线程。


Virtual Threads的开始

相对于近些年来炙手可热的Go来说,Java算得上一个老前辈了,Java全面的功能,完整的生态,无数开发者的支持,也不算弱的性能,让Java在服务端开发上仍是TOP级别。

但是,大人,时代变了。

Go虽然也不算横空出世,发展了10多年之后,终于在云原生时代崛起,其极佳的性能表现在k8s等基础设施的服务端开放上,有着很大的优势。

虽然Go作为近些年崛起的语言仍然有着不太完备的表现,像2022年才支持的泛型、Go modules、异常处理等基础为开发人员诟病。

但是Go语言的并发处理方式,非常的轻量级,且易于使用,如果你想并发地运行一个函数,只需要使用 go function(arguments)。如果你需要让函数间进行通信,你可以使用通道,这些通道默认会同步执行,即在两端都准备就绪前,会暂停执行。 goroutine、GC机制、快速的编译时间等等强大特性,吸引了众多的开发者在越来越多的服务端应用上使用。

对于进程和线程等不再赘述,可看下图。

Go语言的协程,相比于Java,其更好的性能表现、更轻量级、不需要操作系统调度让很多Java开发者垂涎,盼星星盼月亮,也希望Java什么时候也能老树逢春,久旱逢甘霖。

其实很早之前Oracle官方就传出了要给JDK搞一个轻量级线程,我记得最早很多人把它叫做纤程(fibers),听起来就很轻很细~。

这个项目被Oracle官方称为loom,两年前在极客上看到有文章分享之后,之后一直收藏关注。 有兴趣的童鞋可以看看下面两篇loom官方的介绍。

https://openjdk.org/projects/loom/ 
https://cr.openjdk.org/~rpressler/loom/loom/sol1_part1.html 


为什么需要Virtual Threads

Virtual Threads的出现解决了什么问题,相对于之前的操作系统线程或者说平台线程(Platform Threads)有什么优势。

JVM使用平台线程和操作系统线程是一一对应的,有些使用的缺点在Java不断地发展中不断地凸显出来

  • 创建单个线程所需资源过多,平台线程本身就是很珍贵的资源

  • 受限于机器硬件,平台线程的个数不能创建过多,且创建及回收线程需要耗费一定资源

    我们不可能为每个请求或者说任务分配一个单独的线程,当请求量达到一定阈值之后,只能通过线程池或者其他异步的方式来处理请求。

  • Java运行中线程上下文的切换非常频繁,切换需要的资源也耗费不少

那么Virtual Threads是如何应对这些问题的呢?

  • Virtual Threads的关键特点是便宜、数量多、轻量级,相对于OS线程代价可能只是千分之一。

  • 无需池化使用,寿命周期短

  • 每个请求都创建一个虚拟线程,无需上下文切换 thread-per-request style

  • 由OS线程装载Virtual Threads,并随时可以卸载(特殊同步代码块除外),然后执行其他Virtual Threads


JDK19 预览版初次出现

在从2017年loom项目正式开始,Virtual Threads的推进算是比较迅速的,JDK19除了预览版之后,很多大佬都对此表示肯定。

相比较后面JDK21的release版本, JDK19的预览版基本没有什么太大的区别,无非是一些细节上的完善以及JDK内部对Virtual Threads的应用。


JDK21 Virtual Threads的正式发布

两年后的现在,千呼万唤始出来,JDK21在9月19日正式发布。Virtual Threads作为正式的Feature亮相。


Virtual Threads 该怎么使用

先看下说明,为了方便用户使用,JDK提供了一系列使用虚拟线程的API,并且兼容之前线程的使用方式,无需为使用虚拟线程而重写应用程序。

1.使用静态构造器方法(新API)

          Thread.startVirtualThread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread());});Thread.ofVirtual().start(() -> {System.out.println(Thread.currentThread());});

2.使用Executors创建虚拟线程池

ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

上述代码会创建一个无限的虚拟线程池。


简单聊聊Virtual Threads的实现

首先需要明确的是Virtual Threads是基于平台线程(OS线程)运行的,并且是由JVM创建并管理的。

它是由JVM调度,mounting (装载)到OS线程上执行的,当阻塞的时候,再从OS线程上unmounting(卸载),OS线程可以继续mounting其他的虚拟线程,继续执行。

后面几天好好再研究下Virtual Threads的实现,以及和Go协程实现的区别,完事儿再输出下。

        


使用时候的注意事项

  • Thread.setPriority(int) 和 Thread.setDaemon(boolean) 这俩方法对虚拟线程不起作用

  • Thread.getThreadGroup() 会返回一个虚拟的空VirtualThreads group。

  • 同一个任务使用Virtual Threads和Platform Threads执行效率上是完全一样的,并不会有什么性能上的提升

  • 尽量使用JUC包下的并发控制例如ReentrantLock来进行同步控制,而不使用synchronized

    synchronized 同步代码块会pinning(别住或者说Block)虚拟线程,这点JDK官方说后面有可能会优化这点

  • Virtual Threads 被设计成final类,并不能使用子类来继承

  • 不适用于计算密集型任务: 虚拟线程适用于I/O密集型任务,但不适用于计算密集型任务,因为它们在同一线程中运行,可能会阻塞其他虚拟线程

  • 新特性自然有很多BUG,这点在JDK的Issue中确实也体现了,使用请慎重!!


本地尝鲜一下JDK21及Virtual Threads

  • Oracle官方下载OpenJDK21

  • 修改本地系统的环境变量path,JAVA_HOME都指向JDK21即可

  • 可以尝试编写尝Demo

  • javac -Demo.java 编译,java -Demo 执行


结语

除了Virtual Threads外,JDK21还有两个让人兴奋的特性

  1. 分代ZGC

ZGC发布的当初,不分代也是其当时被人津津乐道的特性,如今也走上了CMS、G1的路子开始分代,毕竟其远超G1的内存占用会影响到吞吐量,不知道是否会影响ZGC的核心特性超低延迟

  1. 结构性并发

在当时刚看到Virtual Threads时,一眼就看到了这个特性的介绍,如今在JDK21中 Structured Concurrency in JDK 21: A Leap Forward in Concurrent Programming

后续可以再详细聊一聊

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