JDK21虚拟线程缺陷总结

一、前言

JDK21新增了“虚拟线程”的新特性，但在实际探索过程中，发现虚拟线程目前还不够成熟，存在一些缺陷（ 官方文档：JEP 444: Virtual Threads）。本文列举了这些缺陷，并提供了可以触发这些缺陷的示例。

二、缺陷及示例

1、使用虚拟线程后无法通过池化的方式、配置最大线程数来控制并发数，但可以通过信号量等方法来专门解决这个问题

2、JDK中的一些阻塞操作不会卸载虚拟线程，从而阻塞平台线程和底层OS线程，导致载体线程暂时扩容、产生性能开销，示例如下：

public class CarrierThreadExpandTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
        File file = new File("/Users/info.log");
        for (int i = 0; i < 32; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                while (true) {
                    try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
                        int content;
                        while ((content = fis.read()) != -1) {
                            System.out.print((char) content);
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }

                }
            });
        }
        Thread.sleep(1000 * 60 * 60);
    }
}

通过jstack pid 指令查看"ForkJoinPool-1-worker-xx”线程即为平台线程，可以看到发生了扩容。

3、在 synchronized 块或方法中执行代码、执行 native 方法或外部函数时，虚拟线程发生阻塞不仅无法被卸载（pinned），载体线程也不会扩容；会导致其他虚拟线程得不到调度，示例如下：

public class VirtualThreadUnmountTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            executorService.execute(VirtualThreadUnmountTest::doSth);
        }
        long[] nums = new long[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            executorService.execute(() -> {
                while (true) {
                    nums[finalI]++;
                }
            });
        }
        Thread.sleep(1000 * 15);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }

    public synchronized static void doSth() {
        try {
            Thread.sleep(1000 * 60 * 60);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }

}

// 输出：[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

4、虚拟线程暂未实现基于时间分片的抢占式调度（对于传统的平台线程，这部分工作由 OS 负责完成）；如果部分任务不阻塞地持续运行，就会持续占用CPU，影响其他任务执行（正常情况下我们的业务线程应该不会出现持续运行的情况），示例如下：

public class VirtualThreadHoldCpuTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      	// newVirtualThreadPerTaskExecutor，为每一个请求创建一个虚拟线程
        ExecutorService executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
        long[] nums = new long[100];
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int finalI = i;
            executorService.execute(() -> {
              	// 死循环持续运行
                while (true) {
                    nums[finalI]++;
                }
            });
        }
        Thread.sleep(1000 * 30);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }
}

// 输出：[7021009361, 6579258416, 6695810714, 6931415415, 6924053995, 6984066224, 6900750367, 6839905353, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 
//    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 
//    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

5、结构化并发特性中断子任务是通过调用 Thread.interrupt 方法实现的，sleep、wait方法可以自动响应该中断；但是我们自己的业务代码可能会无法自动响应。