别再死磕传统线程！Java虚拟线程让并发编程更简单

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• 传统线程
• 虚拟线程
• 虚拟线程的实现机制
• 开发者的应对策略
• 我的真实体验

大家好，我是在Java后端开发领域摸爬滚打近10年的程序员。平时就爱钻研技术，也坚信代码有着改变世界的力量。最近深入研究了一番Java的虚拟线程，今天就来和大伙唠唠。

传统线程

在了解虚拟线程之前，咱们先来看看传统线程的情况。Java早期的线程系统是基于操作系统的原生线程（OS Thread）。简单来讲，当我们在代码里写new Thread(() -> {...}).start()创建线程时，实际上是JVM调用操作系统的API来完成线程创建的。

这听起来似乎挺合理，毕竟JVM是运行在操作系统之上的。但实际上，传统线程存在不少问题：

• 创建成本高：每创建一个传统线程，操作系统都要分配栈内存、维护线程状态，这些操作耗费的资源可不少。
• 切换开销大：一旦线程数量增多，CPU就得频繁地在线程之间进行上下文切换，这会带来很大的性能开销。
• 受资源限制：以Linux系统为例，它默认的线程栈大小是1MB。这就意味着，对于一个只有8GB内存的服务来说，理论上最多只能创建8000个线程。

在高并发场景下，这些问题会被无限放大，传统线程就显得力不从心了。

虚拟线程

Java社区早就察觉到了传统线程的这些弊端，于是启动了Project Loom项目，而虚拟线程就是这个项目的核心成果。

虚拟线程是JVM层面实现的轻量级线程，它不再直接依赖操作系统线程，而是由JVM自行调度和管理。简单理解，它就像是Java版的“协程”。协程在Go、Kotlin、Python等语言中早已广泛应用，Java直到JDK 19才推出虚拟线程的预览版，并在JDK 21正式上线。

虚拟线程到底强在哪呢？通过下面的对比，大家就能一目了然：

以往，为了提升并发性能，我们得写各种复杂的线程池、异步回调代码，线程管理变得异常复杂。但有了虚拟线程，情况就大不一样了，甚至可以用同步代码实现异步效果。下面通过代码示例来感受一下。

• 传统线程示例：

public class TraditionalThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(\"Hello from \" + Thread.currentThread());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

这段代码如果运行起来，很可能会让CPU负载过高，甚至导致机器卡死。因为创建大量传统线程的开销太大，机器资源根本扛不住。

• 虚拟线程示例（JDK 21）：

public class VirtualThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Thread.startVirtualThread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 这里是非阻塞的！
                    System.out.println(\"Hello from \" + Thread.currentThread());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }
}

运行这段代码就轻松多了，就算把数量增加到10万，也不会有太大问题。虚拟线程的优势一下子就体现出来了。而且，虚拟线程还支持Executors风格的写法：

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        executor.submit(() -> {
            // your task
            return null;
        });
    }
}

这种写法和传统线程池的写法类似，但执行效率和内存消耗却有着天壤之别。

虚拟线程的实现机制

看到这儿，大家可能会好奇，JVM是怎么实现这些优势的呢？其实主要靠下面这几个关键技术：

• 用户态线程调度：虚拟线程并非直接运行在操作系统线程上，而是由JVM内部的调度器（ForkJoinPool）来管理。这种方式的调度速度更快，大大提高了效率。
• 栈帧保存：当虚拟线程遇到阻塞操作，比如Thread.sleep或Socket.read时，JVM会保存它的当前状态，然后让出底层线程给其他任务使用。等阻塞操作结束，虚拟线程可恢复时，再切回来继续执行。
• 分离栈空间：虚拟线程的栈空间不再固定为1MB，而是根据运行时的实际需求动态扩展，这样内存使用更加高效。

不过，虚拟线程也不是完美无缺的。目前它只对部分支持虚拟线程的阻塞操作有效，像Thread.sleep、Socket相关操作等。如果使用了native库的阻塞IO，虚拟线程就没办法让出线程了。

开发者的应对策略

对于咱们开发者来说，如果想用上虚拟线程，需要做下面几件事：

• 升级JDK：虚拟线程是从JDK 21开始正式稳定支持的，如果还在使用JDK 8、11或17这些版本，是无法体验虚拟线程的。所以，第一步就是升级JDK到21及以上版本。
• 更换Executor：以前如果使用Executors.newFixedThreadPool(10)这样的线程池，现在可以尝试换成Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()，充分发挥虚拟线程的优势。
• 改变编程习惯：以往为了实现并发，大家可能写了很多复杂的异步回调代码，掉进了“异步回调地狱”。现在有了虚拟线程，我们可以回归到简单的同步代码编写方式，既能保证逻辑清晰，又不用担心线程资源被耗尽。

我的真实体验

我自己在几个小项目中已经开始使用虚拟线程了，尤其是在处理I/O密集型任务时，比如爬虫、文件上传服务等，性能提升非常明显。以前为了节省线程资源，得用各种线程池、异步Future、响应式编程，代码写起来复杂，维护也麻烦。现在用了虚拟线程，直接写同步代码，不仅开发效率提高了，代码的维护性也更好了。

不得不说，Java虚拟线程的出现是Java并发编程领域的一个重要里程碑。它切实地解决了传统线程的很多痛点，让开发变得更加高效和便捷。

最后总结一下：

希望这篇文章能让大家对虚拟线程有更深入的了解，如果觉得有用，欢迎分享。我后续还会分享更多技术干货，咱们下次再见！