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JVM--虚拟线程

news 2025/7/13 7:01:01

首先了解一个理念：线程与 OS 线程 1:1 绑定
在传统 Java 线程（平台线程）模型中：
每个 Java 线程直接对应一个操作系统级别的线程
操作系统负责调度这些线程
线程的创建、管理和调度都由操作系统内核处理
这种模型称为 1:1 线程模型（一个用户线程对应一个内核线程）
图解传统线程模型
虚拟线程的 M:N 模型

什么是虚拟线程

1. 什么是虚拟线程？
        虚拟线程是一种轻量级的线程，由JVM管理，而不是操作系统。它们被设计用来显著减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。
        传统线程（平台线程）：每个线程都直接对应一个操作系统线程（内核线程）。创建大量平台线程会消耗大量系统资源（内存和调度开销），因此限制了应用程序的并发能力。
        虚拟线程：它们是用户模式的线程，由JVM调度，多个虚拟线程可以运行在同一个平台线程（称为载体线程）上。虚拟线程的创建和切换成本极低，因此可以创建数百万个虚拟线程而不会导致系统资源耗尽。
2. 为什么需要虚拟线程？
        在传统的“一个请求一个线程”的服务器应用程序中，由于平台线程的资源限制，通常只能处理数千个并发连接。当有大量I/O等待时（如数据库调用、网络请求），线程被阻塞，导致资源浪费。
        虚拟线程通过以下方式解决：
                高效阻塞：当虚拟线程执行阻塞操作（如I/O）时，它会自动从载体线程上卸载，从而释放载体线程去执行其他虚拟线程。当阻塞操作完成时，虚拟线程会被调度到某个载体线程上继续执行。
                高并发：可以创建大量虚拟线程（如百万级别），使得每个请求可以在自己的虚拟线程中运行，而无需复杂的异步编程模型（如CompletableFuture或反应式编程）。

Java 虚拟线程

前言
虚拟线程（Virtual Threads）是 Java 并发模型的革命性创新，在 Java 19 作为预览特性引入，Java 21 正式发布。这是 Project Loom 的核心成果，旨在解决传统线程的瓶颈问题。

一、核心问题：传统线程的局限性
传统的Java线程
// 传统线程模型（平台线程）
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(200);
for (int i = 0; i < 10_000; i++) {executor.submit(() -> {Thread.sleep(1000); // 模拟I/O阻塞return processRequest();});
}); }
痛点：
线程与 OS 线程 1:1 绑定
创建 10k 线程 → 内存耗尽（1线程≈1MB栈）
上下文切换开销大（微秒级）
阻塞操作浪费 CPU 资源
一、如何创建虚拟线程
1. 直接创建
 // 1. 使用静态方法 `Thread.startVirtualThread(Runnable)Thread.startVirtualThread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("Hello, Virtual Thread!");}});//2.（推荐使用）使用构建器模式 `Thread.ofVirtual().name("name").start(Runnable)// name方法// - 第一个参数 `"vt-"` 是名称前缀。//- 第二个参数 `1` 是起始序号。//- 实际生成的线程名称将是 `"vt-1"`、`"vt-2"`、`"vt-3"` 等，每次创建一个新线程时序号自动增加。Thread vt = Thread.ofVirtual().name("vt-", 1).start(() -> {System.out.println("Running in virtual thread");});
2. 线程池（推荐）
try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {for (int i = 0; i < 100_000; i++) {executor.submit(() -> {// 处理请求（含I/O阻塞）return processRequest();});}
} // 自动关闭

核心区别对比表

特性 传统线程（平台线程） 虚拟线程
与OS关系 1:1 绑定（直接对应OS线程） M:N 映射（JVM管理）
内存开销 约 1MB/线程（默认栈大小）约 200B-2KB/线程
创建数量上限 通常数千个数百万个
创建速度 毫秒级（涉及OS调用）微秒级（纯JVM操作）
阻塞成本 整个OS线程被阻塞仅虚拟线程暂停，载体线程释放
调度器 操作系统内核 JVM（用户态）
上下文切换 内核介入，开销大（微秒级） JVM管理，开销极小（纳秒级）
典型使用场景 new Thread() 或固定大小线程池 Thread.ofVirtual().start() 或虚拟线程池

特性	传统线程（平台线程）	虚拟线程
与OS关系	1:1 绑定（直接对应OS线程）	M:N 映射（JVM管理）
内存开销	约 1MB/线程（默认栈大小）	约 200B-2KB/线程
创建数量上限	通常数千个	数百万个
创建速度	毫秒级（涉及OS调用）	微秒级（纯JVM操作）
阻塞成本	整个OS线程被阻塞	仅虚拟线程暂停，载体线程释放
调度器	操作系统内核	JVM（用户态）
上下文切换	内核介入，开销大（微秒级）	JVM管理，开销极小（纳秒级）
典型使用场景	`new Thread()` 或固定大小线程池	`Thread.ofVirtual().start()` 或虚拟线程池