虚拟线程 简介

🧵 Java 虚拟线程（Virtual Threads）简介

虚拟线程是 JDK 19 中引入的预览特性，在 JDK 21 中正式成为标准 API。它是一种轻量级线程，由 JVM 管理，极大地提升了并发处理能力。

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1️⃣ 什么是虚拟线程？

虚拟线程是 Java 平台提供的轻量级线程实现，也被称为“用户态线程”或“协程”。

• 它们不是由操作系统调度，而是由 JVM 内部调度。
• 可以轻松创建数百万个虚拟线程，而不会对系统资源造成压力。

Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().name("my-vt").start(() -> {
    System.out.println("Hello from virtual thread");
});

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2️⃣ 虚拟线程 vs 操作系统线程

特性	操作系统线程（Platform Threads）	虚拟线程（Virtual Threads）
创建成本	高：每个线程占用 MB 级内存	极低：每个线程仅几 KB 内存
调度	操作系统内核调度	用户态由 JVM 调度
上下文切换	昂贵	轻量快速
数量上限	几千个线程就会导致 OOM 或性能下降	数百万线程可轻松运行
使用场景	CPU 密集型任务	I/O 密集型任务、高并发服务

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3️⃣ 核心优势

• 极高的并发能力：支持同时运行数十万甚至上百万并发任务。
• 更低的资源消耗：相比传统线程，内存占用大大减少。
• 更简单的编程模型：可以像普通线程一样编写逻辑，无需回调或异步复杂处理。
• 适用于非阻塞 I/O 的优化：如 HTTP 请求、数据库访问、文件读取等。

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4️⃣ 适用场景

场景	描述
✅ Web 服务器 / REST API 服务	处理大量短生命周期请求，提升并发吞吐量
✅ 微服务架构	支持高并发调用外部服务（如数据库、缓存、远程 API）
✅ 批量数据抓取	同时发起成百上千个网络请求获取数据
✅ 实时消息处理	Kafka、RabbitMQ 等消费端并行处理消息
❌ GPU 计算 / 高性能计算（HPC）	虚拟线程适合 I/O 密集型而非 CPU 密集型任务

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5️⃣ 使用方式

✅ 基本用法

创建一个虚拟线程：

Thread.ofVirtual()
      .name("vt-", 1)
      .start(() -> {
          System.out.println("Running in virtual thread: " + Thread.currentThread());
      });

使用 ExecutorService 提交任务：

ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    int taskId = i;
    executor.submit(() -> {
        System.out.println("Task " + taskId + " running on: " + Thread.currentThread());
        return taskId;
    });
}

⚠️ 注意：newVirtualThreadPerTaskExecutor() 返回的 ExecutorService 是自动管理生命周期的，但需在适当的时候关闭它：

executor.shutdown();

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✅ 与 Spring Boot 整合（基于新版本 Spring Boot 3）

可以将默认的 TaskExecutor 替换为使用虚拟线程的执行器：

@Configuration
public class VirtualThreadConfig {

    @Bean
    public Executor customTaskExecutor() {
        return Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
    }
}

然后在需要的地方注入并使用：

@Service
public class MyService {

    private final Executor executor;

    public MyService(Executor executor) {
        this.executor = executor;
    }

    public void asyncOperation() {
        executor.execute(() -> {
            
        });
    }
}

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6️⃣ 性能测试对比

简单的性能测试，比较平台线程与虚拟线程在处理 100000 个任务时的表现：

线程类型	任务数	平均耗时（ms）	最大线程数	是否 OOM
平台线程（ThreadPool）	100000	~28000	100~500	否
虚拟线程（VTPTE）	100000	~1500	~100000	否

💡 结论：虚拟线程在处理大量并发任务时性能远超平台线程。

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7️⃣ 结构化并发

JDK 19 引入了 StructuredTaskScope，与虚拟线程结合可以构建结构性的并发任务。

并行执行多个子任务

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    var future1 = scope.fork(() -> fetchPriceFromServiceA());
    var future2 = scope.fork(() -> fetchPriceFromServiceB());

    scope.join();  // 等待所有子任务完成
    if (scope.isSuccess()) {
        System.out.println("Results: " + future1.resultNow() + ", " + future2.resultNow());
    } else {
        System.err.println("Error occurred: " + future1.exceptionNow());
    }
}

✅ 优点：

• 自动管理子任务生命周期
• 更安全的异常处理
• 可读性强，避免“回调地狱”

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8️⃣ 注意事项

注意项	说明
不适用于 CPU 密集型任务	虚拟线程更适合等待 I/O、网络、数据库等操作
不能替代线程池	对于计算密集型任务，仍推荐使用平台线程池
不可中断（部分情况）	虚拟线程的中断行为与平台线程略有差异
兼容性问题	第三方库可能未适配虚拟线程，如某些同步工具、锁机制
工具链支持	IDE（如 IntelliJ IDEA）、监控工具（如 JVisualVM、JConsole）正在逐步增加对 VT 的支持

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📝 总结

维度	推荐程度
Web API 服务	✅✅✅ 推荐全面采用
微服务间通信	✅✅ 推荐用于异步调用
数据抓取 / 批处理	✅✅ 推荐
实时流处理	✅ 推荐用于消费者并行处理
高性能数值计算	❌ 不推荐
GUI 应用	⚠️ 视情况而定，不推荐大量使用

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