属于Java的协程终于来了！

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来源&＃xff1a;OSC开源社区&＃xff08;ID&＃xff1a;oschina2013)

• 关于虚拟线程

• 更高的吞吐量

• 如何启用虚拟线程&＃xff1f;

OpenJDK 的 JEP 425 &＃xff1a;虚拟线程&＃xff08;预览版&＃xff09;功能提案显示&＃xff1a;Java 平台将引入虚拟线程特性&＃xff08;期待已久的协程&＃xff09;。虚拟线程是轻量级线程&＃xff0c;可显著地减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。

Java 开发人员一直依赖线程作为并发服务器应用程序的构建块&＃xff0c;每个方法中的语句都在一个线程内执行&＃xff0c;每个线程提供一个堆栈来存储局部变量和协调方法调用&＃xff0c;以及报错时的上下文捕获。线程是 Java 的并发单元&＃xff0c;也是 Java 工具的核心基础&＃xff1a;调试器逐步执行线程方法中的语句&＃xff0c;分析器则可视化多个线程的行为。

目前&＃xff0c;JDK 将其平台线程实现为操作系统 (OS) 线程的包装器&＃xff0c;JDK 中每个实例都是一个平台线程&＃xff0c;平台线程在底层操作系统线程上运行 Java 代码 &＃xff0c;并在代码的整个生命周期内捕获 OS 线程。平台线程数受限于 OS 线程数&＃xff0c;而 OS 线程的成本很高&＃xff0c;不能占用太多。因此&＃xff0c;目前 JDK 的这种线程实现方法限制了其应用程序的吞吐量&＃xff0c;使吞吐量远低于硬件支持的水平。

关于虚拟线程

虚拟线程java.lang.Thread是在底层操作系统线程&＃xff08;OS 线程&＃xff09;上运行 Java 代码&＃xff0c;但在代码的整个生命周期内不捕获 OS 线程的实例。这意味着许多虚拟线程可以在同一个 OS 线程上运行 Java 代码&＃xff0c;从而有效地共享它。

虚拟线程是由 JDK 而不是操作系统提供的线程的轻量级实现&＃xff0c;也是用户模式线程 的一种形式。用户模式线程在 Java 的早期版本中被称为“绿色线程”&＃xff0c;当时操作系统线程的概念还不够成熟和普及&＃xff0c; Java 的所有绿色线程都共享一个 OS 线程&＃xff08;M:1 调度&＃xff09;&＃xff0c;随着线程概念的发展&＃xff0c;绿色线程最终被现在的平台线程超越&＃xff0c;实现为 OS 线程的包装器&＃xff08;1:1 调度&＃xff09;&＃xff0c;而最新引入的虚拟线程采用 M:N 调度&＃xff0c;其中大量 (M) 虚拟线程被调度为在较少数量 (N) 的 OS 线程上运行。

更高的吞吐量

开发者可以选择使用虚拟线程还是平台线程&＃xff0c;但虚拟线程在高吞吐量的服务器应用程序中表现更好。比如下面这段休眠一秒钟的代码就创建了大量的虚拟线程&＃xff0c;程序首先获得一个 ExecutorService&＃xff0c;它为每个提交的任务创建一个新的虚拟线程&＃xff0c;然后提交 10000 个任务并等待所有任务完成&＃xff1a;

try (var executor &＃61; Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {executor.submit(() -> {Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));return i;});});
}  // executor.close() is called implicitly, and waits

现代硬件可以很容易地支持 10000 个虚拟线程同时运行这样的代码。如果该程序使用为每个任务都创建一个新平台线程的 ExecutorService&＃xff0c;例如 Executors.newCachedThreadPool() &＃xff0c; 那么它将尝试创建 10000 个平台线程&＃xff0c;也就意味着 10000 个 OS 线程&＃xff0c;那么这个程序在大多数操作系统上都会崩溃。又或者这个程序使用从池中获取平台线程的 ExecutorService&＃xff0c;如 Executors.newFixedThreadPool(200)&＃xff0c;也好不到哪去。ExecutorService 将创建 200 个平台线程供这 10000 个任务共享&＃xff0c;任务将按顺序运行而不是同时运行&＃xff0c;程序需要很长时间才能跑完。

对于上述程序来说&＃xff0c;具有 200 个平台线程的池只能实现每秒 200 个任务的吞吐量&＃xff0c;而虚拟线程可以实现大约每秒 10000 个任务的吞吐量&＃xff08;在充分预热之后&＃xff09;。此外&＃xff0c;如果将示例程序中的 10000 更改为 1,000,000 &＃xff0c;则程序将提交 1,000,000 个任务&＃xff0c;创建 1,000,000 个并发运行的虚拟线程&＃xff0c;并且&＃xff08;在充分预热后&＃xff09;达到大约 1,000,000 个任务/秒的吞吐量。

总而言之&＃xff0c;虚拟线程不是更快的线程 —— 它们运行代码的速度并不比平台线程快。它们的存在是为了提供规模&＃xff08;更高的吞吐量&＃xff09;&＃xff0c;而不是速度&＃xff08;更低的延迟&＃xff09;。

如何启用虚拟线程&＃xff1f;

目前虚拟线程在其他多线程语言中被广泛使用&＃xff08;例如 Go 中的协程 和 Erlang 中的进程&＃xff0c;在 C&＃43;&＃43; 中也是一个稳定特性&＃xff09;&＃xff0c;但在 Java 中还是一个预览 API&＃xff0c;默认禁用。如要在 JDK XX 上尝试该功能&＃xff0c;则必须通过以下方法启用预览 API&＃xff1a;

• 使用 javac --release XX --enable-preview Main.java 编译程序&＃xff0c;并使用 java --enable-preview Main 运行

• 使用源代码启动器时&＃xff0c;使用 java --release XX --enable-preview Main.java 运行程序

• 使用 jshell 时&＃xff0c;用 jshell --enable-preview 启动

有关虚拟线程的更多信息可在 OpenJDK 的 JDK Issue-8277131 中查看&＃xff0c;目前该提案于 2021/11/15 创立&＃xff0c;目前还处于 JEP 流程的第一阶段&＃xff0c;距离稳定版本还需要一段时间。

&＃xff08;完&＃xff09;

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