Java19新特性-虚拟线程（第一次预览）

一、为什么引入虚拟线程

你在某天接到老板的任务，写一个简单的需求：前端传一个 fileId 过来，需要去文件服务器下载下来并解析，然后针对解析的内容做一些xxx的事情，需求很简单，你三下五除二就搞定了：

    public void doSomething(String fileId) {
        String filePath = downloadFile(Field);
        List<XxxDTO> list = readFile(filePath);
        doSomething(list);
    }

随着业务增长，请求量越来越大，此接口响应速度越来越慢了，而这个时候你又恰好学习了多线程，知道多线程能够提高系统吞吐量，然后小试牛刀一把：

    public void doSomething(String fileId) {
        new Thread(()->{
            String filePath = downloadFile(Field);
            List<XxxDTO> list = readFile(filePath);
            doSomething(list);
        }).start();
    }

但是在测试环境压测时，测试同学测着测着发现不对劲了，怎么越搞越慢，而且内存都快爆表了，你只好请教旁边的 Java 高手了，高手一看，惊呆了，大惊：小伙子，不错啊，会用线程了，但不是你这么搞的，去请测试吃顿饭吧，否则年底你要背绩效了。高手告诉你：你这样一个请求创建一个线程，成本很高，资源会被耗尽的，你要池化。然后你又花了一个晚上学习了线程池，改造如下：

    public void doSomething(String fileId) {
        executor.submit(() -> {
            String filePath = downloadFile(Field);
            List<XxxDTO> list = readFile(filePath);
            doSomething(list);
        });
    }

这段代码足够顶很长时间了。但是架不住公司快速发展，某天老板跟你说，它的那个接口还需要优化下。你懵逼了，这还怎么优化啊？只有硬着头皮去找高手帮助了，高手跟你说，你这个接口是 I/O 密集型接口，主要耗时在下载文件和读取文件上，所以要针对它们做优化。大明哥告诉你，刚刚好项目组已完成 Java 21 版本的升级（虚拟线程在 Java 19 为预览特性 ，Java 21 转正），里面有一个虚拟线程是处理I/O密集型操作的神器。

二、什么是虚拟线程

众所周知，JVM 是一个多线程环境，它通过 java.lang.Thread 为我们提供了对操作系统线程的抽象，但是 Java 中的线程都只是对操作系统线程的一种简单封装，我们可以称之为“平台线程”。

然后，就平台线程而言，在某些场景下，它是有一些缺陷的，具体体现在：

• 代价昂贵：创建平台线程的成本很高。每当创建一个平台线程时，操作系统都必须在堆栈中分配大量内存来存储线程的上下文、原生调用堆栈和 Java 调用堆栈。由于堆栈大小是固定的，这就导致了高昂的内存开销。
• 上下文切换成本高：在多线程环境下，需要在不同线程间切换，这种上下文切换会消耗时间和资源。
• 线程数量有限：Java 线程仅仅只是对操作系统线程的封装，而操作系统线程的数量是有限的，这就限制了 Java 同时运行的线程数量，从而限制了应用程序的并发能力。

然后虚拟线程就没有这个烦恼。

那什么是虚拟线程呢？

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。

虚拟线程是 JDK 而不是 OS 实现的轻量级线程(Lightweight Process，LWP），由 JVM 调度。许多虚拟线程共享同一个操作系统线程，虚拟线程的数量可以远大于操作系统线程的数量。

虚拟线程与传统线程具有如下几个优势：

1. 更加轻量级：虚拟线程相比传统线程更加轻量级。因为它们不是直接映射到操作系统线程上，而是在用户空间内被管理。这种设计减少了线程创建和销毁的开销，允许在同一应用中运行成千上万的线程。【虚拟线程（Virtual Thread-）是 JDK 而不是 OS 实现的轻量级线程(Lightweight Process，LWP），许多虚拟线程共享同一个操作系统线程，虚拟线程的数量可以远大于操作系统线程的数量。】
2. 资源消耗更少：由于不是直接映射到操作系统线程，虚拟线程显著降低了内存和其他资源的消耗。这使得在有限资源下可以创建更多的线程。
3. 上下文切换开销更低：由于虚拟线程在用户空间，而不是通过操作系统，所以它的上下文切换开销更低。
4. 改善阻塞操作的处理：在传统线程模型中，阻塞操作（如 I/O）会导致整个线程被阻塞，浪费宝贵的系统资源。然而当一个虚拟线程阻塞时，它可以被挂起，底层的操作系统线程则可以用来运行其他虚拟线程。
5. 简化并发编程：可以像编写普通顺序代码一样编写并发代码，而不需要过多考虑线程管理和调度。它简化了 Java 的并发编程模型。
6. 提升性能：在 I/O 密集型应用中，虚拟线程能够显著地提升性能。而且由于它们的创建和销毁成本低，能够更加高效地利用系统资源。

虽然虚拟线程这么厉害，但是它不做以下几件事：

• 不替代传统线程：虚拟线程并不旨在完全替代传统的操作系统线程，而是作为一个补充。对于需要密集计算和精细控制线程行为的场景，传统线程仍然是主流。
• 非针对最低延迟：虚拟线程主要针对高并发和高吞吐量，而不是最低延迟。对于需要极低延迟的应用，传统线程可能是更好的选择。
• 不改变基本的线程模型：虚拟线程改进了线程的实现方式，但并未改变Java基本的线程模型和同步机制。锁和同步仍然是并发控制的重要工具。

在引入虚拟线程之前，java.lang.Thread 包已经支持所谓的平台线程（Platform Thread），也就是没有虚拟线程之前，我们一直使用的线程。JVM 调度程序通过平台线程（载体线程）来管理虚拟线程，一个平台线程可以在不同的时间执行不同的虚拟线程（多个虚拟线程挂载在一个平台线程上），当虚拟线程被阻塞或等待时，平台线程可以切换到执行另一个虚拟线程。虚拟线程、平台线程和系统内核线程的关系图如下所示：

三、如何使用虚拟线程

虚拟线程的使用和普通线程几乎一模一样，他们唯一区别在于创建虚拟线程只能通过特定的方法。

一、Thread.startVirtualThread() 创建

创建虚拟线程最简单的方式就是使用 Thread.startVirtualThread(Runnable)，startVirtualThread() 是 Thread 静态方法，它用于创建一个新的虚拟线程，并立即执行给定的 Runnable 任务。

    @Test
    public void virtualThreadTest() {
   
        Thread.startVirtualThread(() -> {
   
            // 这里放置你的任务代码
            System.out.println("Java 19 新特性：虚拟线程");
        });
    } 

二、使用 Thread.ofVirtual()创建

Thread.ofVirtual() 是一个流式API，用于构