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虚拟线程,多线程,单线程

news 2025/7/16 8:24:27

什么是虚拟线程?

虚拟线程是 Java 中的一种轻量级线程，它旨在解决传统线程模型中的一些限制，提供了更高效的并发处理能力，允许创建数千甚至数万个虚拟线程，而无需占用大量操作系统资源。

为什么引用虚拟线程?

主要动机是为了克服传统“线程-每-请求”模型的可伸缩性限制。平台线程是重量级资源。创建过多平台线程会耗尽内存，并导致操作系统施加的高昂上下文切换成本，从而限制应用程序的吞吐量，尤其是在 I/O 密集型任务（线程大部分时间在等待网络、磁盘或数据库操作）中。引入虚拟线程是为了让应用程序能够高效处理极大数量的并发任务，同时避免强迫开发者采用复杂的异步编程模型（如响应式流或 CompletableFuture 链），从而保持更简单、更熟悉的同步阻塞式编程风格。其目标是实现高吞吐量和高开发者生产力。

虚拟线程和多线程单线程之间的对比

对比维度	单线程	多线程（平台线程）	虚拟线程
管理主体	操作系统内核（进程内唯一线程）	操作系统内核（独立调度）	编程语言运行时（如 JVM、Go Runtime）
资源消耗	低（仅一个线程资源），但并发能力受限	高（栈空间通常为 MB 级，独立寄存器等）	极低（栈空间为 KB 级，可动态伸缩）
最大并发数	1（同一时间仅一个任务）	有限（通常数千级，受内存和调度限制）	极高（百万级甚至更多，轻量且易创建）
上下文切换成本	无（仅一个线程，无需切换）	高（需进入内核态，涉及内核调度）	低（用户态切换，不依赖内核）
适用场景	简单任务、顺序性要求高的场景（如脚本）	CPU 密集型任务（如数据计算、图像处理）	I/O 密集型任务（如网络请求、数据库操作）
编程复杂度	低（无需处理线程安全）	高（需处理锁、同步、线程安全问题）	低（接近同步编程模型，运行时自动调度）
并行能力	无（无法利用多核 CPU）	有（可在多核 CPU 上并行执行）	间接利用（依赖平台线程实现并行）

如何使用

JDK 21 提供了几种创建和使用虚拟线程的方法：

• Thread.startVirtualThread(Runnable task): 一个简单的静态方法，用于立即创建并启动一个虚拟线程。
• Thread.ofVirtual(): 返回一个 Thread.Builder，用于配置和创建虚拟线程（例如，设置名称）。
• Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor(): 管理多个任务时推荐使用的方法。这个工厂方法返回一个 ExecutorService，它为每个提交的任务创建一个新的虚拟线程，避免了线程池化的需要（通常不鼓励对虚拟线程进行池化，因为它们创建成本极低）。\

使用 Thread.startVirtualThread

import java.time.Duration;publicclassSimpleVirtualThread {publicstaticvoidmain(String[] args)throws InterruptedException {System.out.println("主线程: " + Thread.currentThread());// 创建并启动一个虚拟线程Threadvt= Thread.startVirtualThread(() -> {System.out.println("在虚拟线程内部: " + Thread.currentThread());try {// 模拟一些工作或阻塞 I/OThread.sleep(Duration.ofSeconds(1));} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}System.out.println("虚拟线程结束。");});System.out.println("虚拟线程已启动: " + vt);// 等待虚拟线程结束 (可选)vt.join();System.out.println("主线程结束。");}
}

使用Thread Builder

@Testpublic void virtualThreadTest() {Thread.ofVirtual().name("virtualThreadTest").uncaughtExceptionHandler((t,e)-> System.out.println("线程[" + t.getName() + "发生了异常。message:" + e.getMessage())).start(()->{System.out.println("这是死磕 Java 新特性的文章—Java 19 新特性：虚拟线程");});}

使用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor (推荐方式)

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.stream.IntStream;
import java.time.Duration;publicclassExecutorVirtualThreads {publicstaticvoidmain(String[] args) {// 创建一个为每个任务启动新虚拟线程的 ExecutorServicetry (ExecutorServiceexecutor= Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {System.out.println("提交任务...");// 提交多个任务，每个任务都在其自己的新虚拟线程中运行IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {executor.submit(() -> {System.out.println("任务 " + i + " 在线程中运行: " + Thread.currentThread());try {// 模拟阻塞工作Thread.sleep(Duration.ofMillis(500));} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}System.out.println("任务 " + i + " 完成。");});});System.out.println("任务已提交。执行器将在任务完成后关闭。");// try-with-resources 代码块确保 executor.close() 被调用,// 它会等待已提交的任务完成后再关闭。} // ExecutorService 在这里自动关闭System.out.println("主方法结束。");}
}

如何实现？

使用虚拟线程优化CompletableFuture

import java.util.concurrent.*;public class VirtualThreadDemo {public static void main(String[] args) {// 创建虚拟线程执行器Executor executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();// 异步任务示例CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("开始任务：" + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("任务完成！");}, executor);// 等待任务完成future.join();System.out.println("所有任务完成！");}
}