屬于Java的協(xié)程終于來了！

OpenJDK 的 JEP 425 ：虛擬線程（預(yù)覽版）功能提案顯示：Java 平臺將引入虛擬線程特性（期待已久的協(xié)程）。虛擬線程是輕量級線程，可顯著地減少編寫、維護(hù)和觀察高吞吐量并發(fā)應(yīng)用程序的工作量。

Java 開發(fā)人員一直依賴線程作為并發(fā)服務(wù)器應(yīng)用程序的構(gòu)建塊，每個方法中的語句都在一個線程內(nèi)執(zhí)行，每個線程提供一個堆棧來存儲局部變量和協(xié)調(diào)方法調(diào)用，以及報錯時的上下文捕獲。線程是 Java 的并發(fā)單元，也是 Java 工具的核心基礎(chǔ)：調(diào)試器逐步執(zhí)行線程方法中的語句，分析器則可視化多個線程的行為。

目前，JDK 將其平臺線程實現(xiàn)為操作系統(tǒng) (OS) 線程的包裝器，JDK 中每個實例都是一個平臺線程，平臺線程在底層操作系統(tǒng)線程上運(yùn)行 Java 代碼 ，并在代碼的整個生命周期內(nèi)捕獲 OS 線程。平臺線程數(shù)受限于 OS 線程數(shù)，而 OS 線程的成本很高，不能占用太多。因此，目前 JDK 的這種線程實現(xiàn)方法限制了其應(yīng)用程序的吞吐量，使吞吐量遠(yuǎn)低于硬件支持的水平。

關(guān)于虛擬線程

虛擬線程java.lang.Thread是在底層操作系統(tǒng)線程（OS 線程）上運(yùn)行 Java 代碼，但在代碼的整個生命周期內(nèi)不捕獲 OS 線程的實例。這意味著許多虛擬線程可以在同一個 OS 線程上運(yùn)行 Java 代碼，從而有效地共享它。

虛擬線程是由 JDK 而不是操作系統(tǒng)提供的線程的輕量級實現(xiàn)，也是用戶模式線程的一種形式。用戶模式線程在 Java 的早期版本中被稱為“綠色線程”，當(dāng)時操作系統(tǒng)線程的概念還不夠成熟和普及， Java 的所有綠色線程都共享一個 OS 線程（M:1 調(diào)度），隨著線程概念的發(fā)展，綠色線程最終被現(xiàn)在的平臺線程超越，實現(xiàn)為 OS 線程的包裝器（1:1 調(diào)度），而最新引入的虛擬線程采用 M:N 調(diào)度，其中大量 (M) 虛擬線程被調(diào)度為在較少數(shù)量 (N) 的 OS 線程上運(yùn)行。

更高的吞吐量

開發(fā)者可以選擇使用虛擬線程還是平臺線程，但虛擬線程在高吞吐量的服務(wù)器應(yīng)用程序中表現(xiàn)更好。比如下面這段休眠一秒鐘的代碼就創(chuàng)建了大量的虛擬線程，程序首先獲得一個 ExecutorService，它為每個提交的任務(wù)創(chuàng)建一個新的虛擬線程，然后提交 10000 個任務(wù)并等待所有任務(wù)完成：

try?(var?executor?=?Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor())?{
????IntStream.range(0,?10_000).forEach(i?->?{
????????executor.submit(()?->?{
????????????Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
????????????return?i;
????????});
????});
}??//?executor.close()?is?called?implicitly,?and?waits

現(xiàn)代硬件可以很容易地支持 10000 個虛擬線程同時運(yùn)行這樣的代碼。如果該程序使用為每個任務(wù)都創(chuàng)建一個新平臺線程的 ExecutorService，例如 Executors.newCachedThreadPool() ， 那么它將嘗試創(chuàng)建 10000 個平臺線程，也就意味著 10000 個 OS 線程，那么這個程序在大多數(shù)操作系統(tǒng)上都會崩潰。又或者這個程序使用從池中獲取平臺線程的 ExecutorService，如 Executors.newFixedThreadPool(200)，也好不到哪去。ExecutorService 將創(chuàng)建 200 個平臺線程供這 10000 個任務(wù)共享，任務(wù)將按順序運(yùn)行而不是同時運(yùn)行，程序需要很長時間才能跑完。

對于上述程序來說，具有 200 個平臺線程的池只能實現(xiàn)每秒 200 個任務(wù)的吞吐量，而虛擬線程可以實現(xiàn)大約每秒 10000 個任務(wù)的吞吐量（在充分預(yù)熱之后）。此外，如果將示例程序中的 10000 更改為 1,000,000 ，則程序?qū)⑻峤?1,000,000 個任務(wù)，創(chuàng)建 1,000,000 個并發(fā)運(yùn)行的虛擬線程，并且（在充分預(yù)熱后）達(dá)到大約 1,000,000 個任務(wù)/秒的吞吐量。

總而言之，虛擬線程不是更快的線程 —— 它們運(yùn)行代碼的速度并不比平臺線程快。它們的存在是為了提供規(guī)模（更高的吞吐量），而不是速度（更低的延遲）。

如何啟用虛擬線程？

目前虛擬線程在其他多線程語言中被廣泛使用（例如 Go 中的協(xié)程 和 Erlang 中的進(jìn)程，在 C++ 中也是一個穩(wěn)定特性），但在 Java 中還是一個預(yù)覽 API，默認(rèn)禁用。如要在 JDK XX 上嘗試該功能，則必須通過以下方法啟用預(yù)覽 API：

• 使用 javac --release XX --enable-preview Main.java 編譯程序，并使用 java --enable-preview Main 運(yùn)行
• 使用源代碼啟動器時，使用 java --release XX --enable-preview Main.java 運(yùn)行程序
• 使用 jshell 時，用 jshell --enable-preview 啟動

有關(guān)虛擬線程的更多信息可在 OpenJDK 的 JDK Issue-8277131 中查看，目前該提案于 2021/11/15 創(chuàng)立，目前還處于 JEP 流程的第一階段，距離穩(wěn)定版本還需要一段時間。