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属于Java的协程终于来了!

简介: 属于Java的协程终于来了!
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  • 关于虚拟线程
  • 更高的吞吐量
  • 如何启用虚拟线程?

OpenJDK 的 JEP 425 :虚拟线程(预览版)功能提案显示:Java 平台将引入虚拟线程特性(期待已久的协程)。虚拟线程是轻量级线程,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,每个方法中的语句都在一个线程内执行,每个线程提供一个堆栈来存储局部变量和协调方法调用,以及报错时的上下文捕获。线程是 Java 的并发单元,也是 Java 工具的核心基础:调试器逐步执行线程方法中的语句,分析器则可视化多个线程的行为。

目前,JDK 将其平台线程实现为操作系统 (OS) 线程的包装器,JDK 中每个实例都是一个平台线程,平台线程在底层操作系统线程上运行 Java 代码 ,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,而 OS 线程的成本很高,不能占用太多。因此,目前 JDK 的这种线程实现方法限制了其应用程序的吞吐量,使吞吐量远低于硬件支持的水平。

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关于虚拟线程

虚拟线程java.lang.Thread是在底层操作系统线程(OS 线程)上运行 Java 代码,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,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,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”,当时操作系统线程的概念还不够成熟和普及, Java 的所有绿色线程都共享一个 OS 线程(M:1 调度),随着线程概念的发展,绿色线程最终被现在的平台线程超越,实现为 OS 线程的包装器(1:1 调度),而最新引入的虚拟线程采用 M:N 调度,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。

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 实现的后台管理系统 + 用户小程序,支持 RBAC 动态权限、多租户、数据权限、工作流、三方登录、支付、短信、商城等功能。

项目地址:https://github.com/YunaiV/ruoyi-vue-pro

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,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,程序首先获得一个 ExecutorService,它为每个提交的任务创建一个新的虚拟线程,然后提交 10000 个任务并等待所有任务完成:

try (var executor = 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,例如 Executors.newCachedThreadPool() , 那么它将尝试创建 10000 个平台线程,也就意味着 10000 个 OS 线程,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,如 Executors.newFixedThreadPool(200),也好不到哪去。ExecutorService 将创建 200 个平台线程供这 10000 个任务共享,任务将按顺序运行而不是同时运行,程序需要很长时间才能跑完。

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

总而言之,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(更高的吞吐量),而不是速度(更低的延迟)。

基于微服务的思想,构建在 B2C 电商场景下的项目实战。核心技术栈,是 Spring Boot + Dubbo 。未来,会重构成 Spring Cloud Alibaba 。

项目地址:https://github.com/YunaiV/onemall

如何启用虚拟线程?

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

  • 使用 javac --release XX --enable-preview Main.java 编译程序,并使用 java --enable-preview Main 运行
  • 使用源代码启动器时,使用 java --release XX --enable-preview Main.java 运行程序
  • 使用 jshell 时,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,目前该提案于 2021/11/15 创立,目前还处于 JEP 流程的第一阶段,距离稳定版本还需要一段时间。

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