聊聊JDK19特性之虚拟线程 | 京东云技术团队

1.前言

在读《深入理解JVM虚拟机》这本书前两章的时候整理了JDK从1.0到最新版本发展史，其中记录了JDK这么多年来演进过程中的一些趣闻及引人注目的一些特性，在调研JDK19新增特性的时候了解到了虚拟线程这个概念，于是对虚拟线程进行学习整理内容如下。

2.虚拟线程介绍？

虚拟线程(Virtual Threads)就犹如名字一样，并非传统意义上的JAVA线程。传统意义上的JAVA线程（以下称为平台线程）跟操作系统的内核线程是一一映射的关系（如图1所示）。而对于平台线程的创建和销毁所带来的开销是非常大的，所以JAVA采用线程池的方式来维护平台线程而避免线程的反复创建和销毁。

然而平台线程也会占用内存、CPU资源，往往在CPU和网络连接成为系统瓶颈前，平台线程首当其冲的会成为系统瓶颈。在单台服务器硬件资源确定的情况下，平台线程的数量同样也会因为硬件资源而受到限制，也成为单台服务器吞吐量提升的主要障碍。

图1 平台线程和系统线程映射关系

谈回虚拟线程，虚拟线程则是由JDK而非操作系统提供的一种线程轻量级实现，它相较于平台线程而言具有以下特性：

• 不依赖于平台线程的数量；
• 不会增加额外的上下文切换开销；
• 不会在代码的整个生命周期中阻塞系统线程；
• 整个虚拟线程的维护是通过JVM进行管理，作为普通的JAVA对象存放在RAM中。

那么意味着若干的虚拟线程可以在同一个系统线程上运行应用程序的代码（如图2所示），只有在虚拟线程执行的时候才会消耗系统线程，在等待和休眠时不会阻塞系统线程。

图2 虚拟线程和平台线程映射关系

相较于平台线程而言，虚拟线程是一种非常廉价和丰富的线程，可以说虚拟线程的数量是一种近乎于无限多的线程，它对硬件的利用率接近于最好，在相同硬件配置服务器的情况下，虚拟线程比使用平台线程具备更高的并发性，从而提升整个应用程序的吞吐量。如果说平台线程和系统线程调度为1:1的方式，虚拟线程则采用M:N的调度方式，其中大量的虚拟线程M在较少的系统线程N上运行。

3.虚拟线程如何被JVM调度呢？

图3 JVM调度虚拟线程流程图

• 先创建一个虚拟线程，此时JVM会将虚拟线程装载在平台线程上，平台线程则会去绑定一个系统线程。
• JVM会使用调度程序去使用调度线程执行虚拟线程中的任务。
• 任务执行完成之后清空上下文变量，将调度线程返还至调度程序