0 前言
线程和Fiber通常会一起讨论，但它们有各自不同使用场景和性能考虑。
线程和Fiber在抽象和实现上基本相同，主要区别在于使用场景：
- os线程可用于任何语言，但需要大量RAM，且在同步和生成时较慢
- 而Fiber则特定于某个语言或运行时，十分轻量，且同步时几乎没有额外开销
- 虚拟线程随 Java 21 成为永久功能，解决了传统线程的一些性能限制，以最大化硬件性能
1 啥是 Java 中的线程？
线程是由调度程序安排在适当时间运行于 CPU 核心上的续延。续延简单来说就是程序计数器，它标记了我们在指令序列中的位置，以及一个堆栈，用于存储变量的值。
os会看到并使用硬件运行时：包括 CPU、应用数据寄存器、代码寄存器（即程序计数器）、内存寄存器（如堆栈指针）、虚拟内存和 CPU 模式。特别是，当发生陷阱事件或执行系统调用时，CPU可在受限的用户模式和功能更强大的内核模式之间切换。os线程共享大多数内核资源（如 I/O 描述符），且位于同一地址空间：这使得它们比多个单线程os进程更轻，同时允许它们共享数据。但它们不共享 CPU 寄存器，且拥有各自的堆栈，这使它们能并发执行不同的控制流。
2 JVM 线程与调度
线程数量可能超过可用的处理器，因此os需通过调度将它们在 CPU 上切换。调度事件可由抢占事件触发（当线程耗尽它的 CPU 配额时）或代码显式调用系统调用陷阱（如执行内核例程，如 I/O）。CPU会切换到内核模式，并将执行转移到包含陷阱处理程序的特殊内存区域：此时内核可以快照 CPU 寄存器，包括程序计数器和线程堆栈指针，并将它们打包到一个 线程控制块 续延中。
之后，调度程序被调用以选择下一个要运行的线程，可能是在不同的进程中；然后内核恢复所有相关的 CPU 寄存器，并设置处理器切换回用户模式，在恢复的程序计数器地址继续执行。
3 啥是虚拟线程？
虚拟线程是轻量级线程，简化了编写和维护具有高计算要求的并发应用程序的过程。
传统的os线程非常笨重。而虚拟线程则将线程调度的责任从os转移到 JVM，有效地在操作系统和应用程序之间引入了一个抽象层。虚拟线程随 JDK 21 成为永久功能，克服了传统线程的一些性能限制，以最大化硬件性能。
📚 进一步阅读： 深入了解虚拟线程的细节
4 Java中的线程和Fiber
线程是由os实现的，而Fiber（或用户模式线程）则在用户模式下实现。
简单来说，Fiber也是线程，即我们可以生成并与其他线程同步的顺序进程。不过，通常我们提到“线程”时是指由os实现的那些线程，而Fiber（有时称为轻量级线程或用户模式线程）则是在用户模式下实现的。
5 啥是 Quasar Fiber？
Quasar 是一个便于在 Java 中进行并发编程的轻量级线程库。
Quasar 将Fiber和线程抽象为一个统一的线，使Fiber和线程可以无缝协作。Quasar Fiber的实现方式与os线程类似，但它们是用 JVM 字节码而不是os内核实现的。
为啥用 Quasar Fiber？
os线程会带来较大的性能开销：在线程之间切换时，需要在用户模式和内核模式之间来回切换，甚至有时还会跨越地址空间边界。这些操作非常昂贵，部分原因在于它们会导致 TLB 刷新、缓存未命中和 CPU 管道混乱：这也是为什么陷阱和系统调用比普通的过程调用慢许多倍。
此外，内核使用通用调度算法为线程分配 CPU 核心，这种算法可能会处理各类线程，从只处理一个事务的线程到处理完整视频播放的线程。
6 啥时在 Java 中使用Fiber？
由于Fiber是在应用层调度的，它们可以使用更适合自身使用场景的调度程序。大多数Fiber用于处理事务，因此它们的活动时间非常短，并且经常被阻塞。Fiber的行为通常是被 I/O 或其他Fiber唤醒，运行一个简短的处理周期，然后将控制权转移给另一个Fiber（通过队列或其他同步机制）。这种行为最适合使用称为“工作窃取”的调度算法；这种调度算法被 Erlang、Go 和 Quasar（默认情况下）使用。当Fiber以这种方式运行时，工作窃取能够在Fiber之间切换时最小化缓存未命中。
内核可能成为高并发的瓶颈。假设线程切换的速度与普通过程调用一样快，并且我们可以避免为线程维护内核数据结构：那么我们可以在内存占用和切换效率方面获得巨大提升。
JVM Fiber性能如何？
管理Fiber的用户模式堆栈确实会带来一些开销；具体开销取决于插桩方法的调用频率以及Fiber调用堆栈的深度。如像 Comsat 这样的 Quasar 集成通常基于 FiberAsync 类，它会在调用异步 API 后挂起Fiber，并在完成回调时恢复Fiber。在这种情况下，堆栈非常浅，调用频率也很低，因为Fiber主要用于执行 I/O 操作（I/O 操作比方法调用慢很多倍）。
这篇基准分析 表明，与线程相比，使用Fiber处理 HTTP 请求显著提高了服务器的 容量，并使其更具弹性。我们的经验表明，Quasar Fiber在许多具体场景下表现良好：它们允许你编写简单的Fiber阻塞代码，同时开发高度并发且细粒度的系统，这些系统无法在笨重的操作系统线程上运行。
即便与异步和单子 API 相比，Fiber的开销也非常低。异步和单子 API 不仅带来了繁琐且具传染性的编程风格，还无法与语言内置的命令式控制流结构很好地协作。
那JVM Fiber是不是生成器或 async/await？
不，正如之前讨论，Fiber是真正的线程：即一个续延加上一个调度器。生成器和 async/await 是通过续延实现的（通常是一个更有限的续延形式，称为 无栈，它只能捕获单个堆栈帧），但这些续延没有调度器，因此它们不是线程。
7 最终想法
不要让关于Fiber和线程的讨论止步于性能改进。JRebel 可以跳过重新部署和重建，同时保持应用状态。这样开发者可以即时检查代码更改的效果，从而保持开发节奏。
