每天一个Java面试题之虚拟线程

灬沙师弟

发布于 2024-08-20 20:26:20

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发布于 2024-08-20 20:26:20

文章被收录于专栏：Java面试教程

前言

虚拟线程是 Java 21 中最为重要的特性。Java 从 Java 19 开始引入虚拟线程，在 Java 21 中就正式升级为正式特性。可见官方也把虚拟线程作为 Java 21 长久支持版本的吸引点。虚拟线程是轻量级的线程，可以在显著的减少代码编写的同时提高系统的吞吐量。

一、引入虚拟线程原因

一直以来，在 Java 并发编程中，Thread 都是十分重要的一部分，Thread 是 Java 中的并发单元，每个 Thread 线程都提供了一个堆栈来存储局部变量和方法调用，以及线程上下文等相关信息。

但问题是线程和进程一样，都是一项昂贵的资源，JDK 将 Thread 线程实现为操作系统线程的包装器，成本很高，而且数量有限。因此我们会使用线程池来管理线程，同时限制线程的数量。比如常用的 Tomcat 会为每次请求单独使用一个线程进行请求处理，同时限制处理请求的线程数量以防止线程过多而崩溃；这很有可能在 CPU 或网络连接没有耗尽之前，线程数量已经耗尽，从而限制了 web 服务的吞吐量。

可能有些同学要说了，那么可以放弃请求和线程一一对应的方式，使用异步编程来解决这个问题。把请求处理分段，在组合成顺序管道，通过一套 API 进行管理，这样就可以使用有限的线程来处理超过线程数量的请求。这当然也是可以的，但是随之而来的问题是：

需要额外的学习异步编程。
代码复杂度增加，等于放弃了语言的基本顺序组合运算。
堆栈上下文信息都变得难以追踪。
Debug 困难。
与Java平台本身的编程风格有冲突，Java 并发单元是 Thread，而这时是异步管道。

而事实上，以上面的请求开启一个线程处理为例，因为 DB 查询速度过慢，请求量过大，可能导致我们的线程数量已经使用殆尽，新的请求将被阻塞，但是机器的性能尚有剩余剩余，性能浪费。

那么对于这种需要提高吞吐量的场景，使用虚拟线程将会大大改善这种情况。

二、虚拟线程的使用

这里我们不去介绍虚拟线程的实现原理，对开发者来说虚拟线程在使用体验上和 Thread 几乎没有区别，与之前的 API 互相兼容，但是相比之下虚拟线程资源占用非常少，虚拟线程是一种即用即启动的线程，不应该被池化存储。

三、创建提交执行虚拟线程

下面是一个示例，创建 1 万个线程，然后都休眠 1 秒钟结束线程，如果使用传统的 Thread 线程，可能会因为线程数量不够而直接异常。如果是线程池的方式，会基于线程池的线程数并发，那么剩余线程只能等待；但是使用虚拟线程的方式，可以瞬间完成。

import java.time.Duration;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.IntStream;

public class VirtualThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建并提交执行虚拟线程
        long start = System.currentTimeMillis();
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
                    return i;
                });
            });
        }
        System.out.println("time:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
    }
}

执行后发现 1.050 秒执行完毕，速度惊人。
$ java VirtualThread.java
time:1050ms

四、设置虚拟线程名称

Thread thread1 = Thread.ofVirtual().name("v-thread").unstarted(() -> {
    String threadName = Thread.currentThread().getName();
    System.out.println(String.format("[%s] Hello Virtual Thread", threadName));
});

thread1.start();
输出：[v-thread] Hello Virtual Thread

五、启动为虚拟线程

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    String threadName = Thread.currentThread().getName();
    System.out.println(String.format("[%s] Hello Virtual Thread 2", threadName));
});
Thread.startVirtualThread(thread2);

六、判断是否是虚拟线程

最后，可以使用 isVirtual 方法判断一个线程对象是否是虚拟线程。

Thread thread1 = Thread.ofVirtual().name("v-thread").unstarted(() -> {
    String threadName = Thread.currentThread().getName();
    System.out.println(String.format("[%s] Hello Virtual Thread", threadName));
});
// 判断是否是虚拟线程
System.out.println(thread1.isVirtual());