JDK19推出了幾個新的特性,其中最具有特點的有以下幾個。
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我們看到其中有一個比較值得關(guān)注的那就是新增了虛擬線程。到底什么是虛擬線程,和我們現(xiàn)在使用的線程有啥區(qū)別呢?
在操作系統(tǒng)中,線程是比進程更輕量級的調(diào)度執(zhí)行單位,線程的引入可以把一個進程的資源分配和執(zhí)行調(diào)度分開,各個線程既可以共享進程資源,又可以獨立調(diào)度。
線程的實現(xiàn)方式主要有三種:分別是使用內(nèi)核線程實現(xiàn)、使用用戶線程實現(xiàn)以及使用用戶線程加輕量級進程混合實現(xiàn)。
「使用內(nèi)核線程實現(xiàn)」:內(nèi)核線程(Kernel-Level Thread,KLT)直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持,由內(nèi)核完成線程切換,內(nèi)核通過操縱調(diào)度器對線程進行調(diào)度,并負責將線程的任務(wù)映射到各個處理器上,同時向應(yīng)用程序提供API接口來管理線程。應(yīng)用程序一般不直接使用內(nèi)核線程,而是使用內(nèi)核線程的一種高級接口——輕量級進程(Light Weight Process,LWP)。
應(yīng)用程序一般不會直接去使用內(nèi)核線程,而是去使用內(nèi)核線程的一種高級接口——輕量級進程(Light Weight Process,LWP),輕量級進程就是我們通常意義上所講的線程,由于每個輕量級進程都由一個內(nèi)核線程支持,因此只有先支持內(nèi)核線程,才能有輕量級進程。
有了內(nèi)核線程的支持,每個輕量級進程都成為一個獨立的調(diào)度單元,即使有一個輕量級進程在系統(tǒng)調(diào)用中阻塞了,也不會影響整個進程繼續(xù)工作。
但是輕量級進程具有它的局限性:首先,由于是基于內(nèi)核線程實現(xiàn)的,所以各種線程操作,如創(chuàng)建、析構(gòu)及同步,都需要進行系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的代價相對較高,需要在用戶態(tài)(User Mode)和內(nèi)核態(tài)(Kernel Mode)中來回切換。其次,每個輕量級進程都需要有一個內(nèi)核線程的支持,因此輕量級進程要消耗一定的內(nèi)核資源(如內(nèi)核線程的棧空間),因此一個系統(tǒng)支持輕量級進程的數(shù)量是有限的。
「使用用戶線程實現(xiàn)」:在用戶空間建立線程庫,通過運行時系統(tǒng)完成線程的管理。這種實現(xiàn)方式下,一個進程和線程之間是一對多的關(guān)系。其優(yōu)點是線程切換快,并且可以運行在任何操作系統(tǒng)之上,只需要實現(xiàn)線程庫即可。
這種實現(xiàn)方式下,一個進程和線程之間的關(guān)系是一對多的。
這種線程實現(xiàn)方式的優(yōu)點是線程切換快,并且可以運行在任何操作系統(tǒng)之上,只需要實現(xiàn)線程庫就行了。但是缺點也比較明顯,就是所有線程的操作都需要用戶程序自己處理,并且因為大多數(shù)系統(tǒng)調(diào)用都是阻塞的,所以一旦一個進程阻塞了,那么進程中的所有線程也會被阻塞。還有就是多處理器系統(tǒng)中如何將線程映射到其他處理器上也是一個比較大的問題。
「使用用戶線程加輕量級進程混合實現(xiàn)」:這種實現(xiàn)方式結(jié)合了上述兩種方式的優(yōu)點,既具有用戶線程實現(xiàn)方式的線程切換快的優(yōu)點,也具有內(nèi)核線程實現(xiàn)方式的操作系統(tǒng)支持性好的優(yōu)點。
「Java線程的實現(xiàn)方式」Java作為一門跨平臺的編程語言,實際上他的線程的實現(xiàn)其實是依賴具體的操作系統(tǒng)的。而比較常用的windows和linux來說,都是采用內(nèi)核線程的方式實現(xiàn)的。也就是說,當我們在JAVA代碼中創(chuàng)建一個Thread的時候,其實是需要映射到操作系統(tǒng)的線程的具體實現(xiàn)的,因為常見的通過內(nèi)核線程實現(xiàn)的方式在創(chuàng)建、調(diào)度時都需要進行內(nèi)核參與,所以成本比較高,盡管JAVA中提供了線程池的方式來避免重復(fù)創(chuàng)建線程,但是依舊有很大的優(yōu)化空間。而且這種實現(xiàn)方式意味著受機器資源的影響,平臺線程數(shù)也是有限制的。
JDK19引入的虛擬線程,虛擬線程是輕量級線程,主要用于實現(xiàn)高吞吐量的并發(fā)應(yīng)用程序。與傳統(tǒng)的線程相比,虛擬線程具有更低的創(chuàng)建和銷毀成本,可以更好地利用系統(tǒng)資源。
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虛擬線程的主要優(yōu)勢:
「虛擬線程與平臺線程的區(qū)別」:
「如何使用虛擬線程」:通過Thread.startVirtualThread()可以運行一個虛擬線程:
Thread.startVirtualThread(() -> { System.out.println("虛擬線程執(zhí)行中...");});
通過Thread.Builder也可以創(chuàng)建虛擬線程,Thread類提供了ofPlatform()來創(chuàng)建一個平臺線程、ofVirtual()來創(chuàng)建虛擬現(xiàn)場。
Thread.Builder platformBuilder = Thread.ofPlatform().name("平臺線程");Thread.Builder virtualBuilder = Thread.ofVirtual().name("虛擬線程");Thread t1 = platformBuilder .start(() -> {...}); Thread t2 = virtualBuilder.start(() -> {...});
線程池也支持了虛擬線程,可以通過Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()來創(chuàng)建虛擬線程:
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { IntStream.range(0, 10000).forEach(i -> { executor.submit(() -> { Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1)); return i; }); });}
其實并不建議虛擬線程和線程池一起使用,因為Java線程池的設(shè)計是為了避免創(chuàng)建新的操作系統(tǒng)線程的開銷,但是創(chuàng)建虛擬線程的開銷并不大,所以其實沒必要放到線程池中。
「性能差異」從Runnable創(chuàng)建10000個線程,并使用虛擬線程和平臺線程執(zhí)行它們,以比較兩者的性能。
final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();Runnable runnable = () -> { try { Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1)); } catch(Exception e) { System.out.println(e); } System.out.println("Work Done - " + atomicInteger.incrementAndGet());};
傳統(tǒng)線程實現(xiàn):
Instant start = Instant.now();try (var executor = Executors.newFixedThreadPool(100)) { for(int i = 0; i < 10_000; i++) { executor.submit(runnable); }}Instant finish = Instant.now();long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis(); System.out.println("總耗時 : " + timeElapsed);
虛擬線程實現(xiàn):
Instant start = Instant.now();try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { for(int i = 0; i < 10_000; i++) { executor.submit(runnable); }}Instant finish = Instant.now();long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis(); System.out.println("總耗時 : " + timeElapsed);
最終結(jié)果:
總耗時 : 102323總耗時 : 1674
100秒和1.6秒的差距,虛擬線程的性能提升還是比較大的。
Java虛擬線程相對于傳統(tǒng)線程具有更好的性能表現(xiàn),特別是在高并發(fā)場景下。但是需要注意的是,虛擬線程并不是萬能的,過度使用虛擬線程也可能會導(dǎo)致其他問題,如線程數(shù)量過多、線程間通信和同步問題等。
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