Java協(xié)程編程之Loom項目嘗鮮

前提

之前很長一段時間關(guān)注JDK協(xié)程庫的開發(fā)進度，但是前一段時間比較忙很少去查看OpenJDK官網(wǎng)的內(nèi)容。Java協(xié)程項目Loom（因為項目還在開發(fā)階段，OpenJDK給出的官網(wǎng)https://openjdk.java.net/projects/loom中只有少量Loom項目相關(guān)的信息）已經(jīng)在2018年之前立項，目前已經(jīng)發(fā)布過基于JDK17編譯和JDK18編譯等早期版本，筆者在下載Loom早期版本的時候只找到JDK18編譯的版本：

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下載入口在：https://jdk.java.net/loom

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由于該JDK版本過高，目前可以使用主流IDE導入Loom-JDK-18+9進行代碼高亮和語法提醒，暫時找不到方法進行編譯，暫時使用該JDK執(zhí)行目錄下的的javac命令腳本進行編譯，使用java命令腳本運行。

Loom項目簡單介紹

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Loom - Fibers, Continuations and Tail-Calls for the JVM

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Loom項目的標題已經(jīng)凸顯了引入的三大新特性：

• Fibers：幾年前看過當時的Loom項目的測試代碼就是使用Fiber這個API（現(xiàn)在這個API已經(jīng)被移除），意為輕量級線程，即協(xié)程，又稱為輕量級用戶線程，很神奇的是在目前的JDK中實際上稱為Virtual Thread（「虛擬線程」）
• Continuations：直譯為"連續(xù)"，實現(xiàn)上有點像閉包，參考不少資料，尚未準確理解其具體含義，感覺可以"粗暴"解讀為"程序接下來要執(zhí)行什么"或者"下一個要執(zhí)行的代碼塊"
• Tail-Calls：尾調(diào)用VM級別支持

三個新特性不詳細展開，目前只是EA版本，還存在修改的可能性，所以也沒必要詳細展開。

Virtual Thread使用

當前版本Loom項目中協(xié)程使用并沒有引入一個新的公開的虛擬線程VirtualThread類，雖然真的存在VirtualThread，但這個類使用default修飾符，隱藏在java.lang包中，并且VirtualThread是Thread的子類。協(xié)程的創(chuàng)建API位于Thread類中：

使用此API創(chuàng)建協(xié)程如下：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????Thread?fiber?=?Thread.startVirtualThread(()?->?System.out.println("Hello?Fiber"));
}

從當前的源碼可知：

• VirtualThread會通過Thread.currentThread()獲取父線程的調(diào)度器，如果在main方法運行，那么上面代碼中的協(xié)程實例的父線程就是main線程
• 默認的調(diào)度器為系統(tǒng)創(chuàng)建的ForkJoinPool實例（VirtualThread.DEFAULT_SCHEDULER），輸入的Runnable實例會被封裝為RunContinuation，最終由調(diào)度器執(zhí)行
• 對于timed unpark（正在阻塞，等待喚醒）的協(xié)程，使用系統(tǒng)創(chuàng)建的ScheduledExecutorService實例進行喚醒
• 這個靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建完協(xié)程馬上運行，返回的是協(xié)程實例

如果按照上面的Thread.startVirtualThread()方法去創(chuàng)建協(xié)程，顯然無法定義協(xié)程的名稱等屬性。Loom項目為Thread類引入了建造者模式，比較合理地解決了這個問題：

//?創(chuàng)建平臺線程建造器，對應(yīng)于Thread實例
public?static?Builder.OfPlatform?ofPlatform()?{
????return?new?ThreadBuilders.PlatformThreadBuilder();
}

//?創(chuàng)建虛擬線程建造器，對應(yīng)于VirtualThread
public?static?Builder.OfVirtual?ofVirtual()?{
????return?new?ThreadBuilders.VirtualThreadBuilder();
}

簡單說就是：

• ofPlatform()方法用于構(gòu)建Thread實例，這里的Platform Thread（平臺線程）其實就是JDK1.0引入的線程實例，普通的用戶線程
• ofVirtual()方法用于構(gòu)建VirtualThread實例，也就是構(gòu)建協(xié)程實例

這兩個建造器實例的所有Setter方法鏈展開如下：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????Thread.Builder.OfPlatform?platformThreadBuilder?=?Thread.ofPlatform()
????????????//?是否守護線程
????????????.daemon(true)
????????????//?線程組
????????????.group(Thread.currentThread().getThreadGroup())
????????????//?線程名稱
????????????.name("thread-1")
????????????//?線程名稱前綴?+?起始自增數(shù)字?=>?prefix?+?start,下一個創(chuàng)建的線程名稱就是prefix?+?(start?+?1)
????????????//?start?>?0的情況下會覆蓋name屬性配置
????????????.name("thread-",?1L)
????????????//?是否啟用ThreadLocal
????????????.allowSetThreadLocals(false)
????????????//?是否啟用InheritableThreadLocal
????????????.inheritInheritableThreadLocals(false)
????????????//?設(shè)置優(yōu)先級
????????????.priority(100)
????????????//?設(shè)置線程棧深度
????????????.stackSize(10)
????????????//?設(shè)置未捕獲異常處理器
????????????.uncaughtExceptionHandler(new?Thread.UncaughtExceptionHandler()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?uncaughtException(Thread?t,?Throwable?e)?{

????????????????}
????????????});
????//?thread-1
????Thread?firstThread?=?platformThreadBuilder.unstarted(()?->?System.out.println("Hello?Platform?Thread?First"));
????//?thread-2
????Thread?secondThread?=?platformThreadBuilder.unstarted(()?->?System.out.println("Hello?Platform?Thread?Second"));
????Thread.Builder.OfVirtual?virtualThreadBuilder?=?Thread.ofVirtual()
????????????//?協(xié)程名稱
????????????.name("fiber-1")
????????????//?協(xié)程名稱前綴?+?起始自增數(shù)字?=>?prefix?+?start,下一個創(chuàng)建的協(xié)程名稱就是prefix?+?(start?+?1)
????????????//?start?>?0的情況下會覆蓋name屬性配置
????????????.name("fiber-",?1L)
????????????//?是否啟用ThreadLocal
????????????.allowSetThreadLocals(false)
????????????//?是否啟用InheritableThreadLocal
????????????.inheritInheritableThreadLocals(false)
????????????//?設(shè)置調(diào)度器,Executor實例,也就是調(diào)度器是一個線程池,設(shè)置為NULL會使用VirtualThread.DEFAULT_SCHEDULER
????????????.scheduler(null)
????????????//?設(shè)置未捕獲異常處理器
????????????.uncaughtExceptionHandler(new?Thread.UncaughtExceptionHandler()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?uncaughtException(Thread?t,?Throwable?e)?{

????????????????}
????????????});
????//?fiber-1
????Thread?firstFiber?=?virtualThreadBuilder.unstarted(()?->?System.out.println("Hello?Platform?Virtual?First"));
????//?fiber-2
????Thread?secondFiber?=?virtualThreadBuilder.unstarted(()?->?System.out.println("Hello?Platform?Virtual?Second"));
}

這里可以發(fā)現(xiàn)一點，就是「建造器是可以復用的」。如果想用建造器創(chuàng)建同一批參數(shù)設(shè)置相同的線程或者協(xié)程，可以設(shè)置name(String prefix, long start)方法，定義線程或者協(xié)程的名稱前綴和一個大于等于0的數(shù)字，反復調(diào)用Builder#unstarted(Runnable task)方法就能批量創(chuàng)建線程或者協(xié)程，名稱就設(shè)置為prefix + start、prefix + (start + 1)、prefix + (start + 2)以此類推。協(xié)程創(chuàng)建基本就是這么簡單，運行的話直接調(diào)用start()方法：

public?class?FiberSample2?{

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{
????????Thread.ofVirtual()
????????????????.name("fiber-1")
????????????????.allowSetThreadLocals(false)
????????????????.inheritInheritableThreadLocals(false)
????????????????.unstarted(()?->?{
????????????????????Thread?fiber?=?Thread.currentThread();
????????????????????System.out.printf("[%s,daemon:%s,virtual:%s]?-?Hello?World\n",?fiber.getName(),
????????????????????????????fiber.isDaemon(),?fiber.isVirtual());
????????????????}).start();
????????//?主線程休眠
????????Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
????}
}

目前無法在主流IDE編譯上面的類，所以只能使用該JDK目錄下的工具編譯和運行，具體如下：

#?執(zhí)行?-?當前目錄I:\J-Projects\framework-source-code\fiber-sample\src\main\java
(1)編譯：I:\Environment\Java\jdk-18-loom\bin\javac.exe I:\J-Projects\framework-source-code\fiber-sample\src\main\java\cn\throwx\fiber\sample\FiberSample2.java
(2)執(zhí)行main方法：I:\Environment\Java\jdk-18-loom\bin\java.exe  cn.throwx.fiber.sample.FiberSample2

這里也看出了一點，所有的協(xié)程實例的daemon標識默認為true且不能修改。

小結(jié)

如果用嘗鮮的角度去使用Loom項目，可以提前窺探JVM開發(fā)者們是如何基于協(xié)程這個重大特性進行開發(fā)的，這對于提高學習JDK內(nèi)核代碼的興趣有不少幫助。從目前來看，對于協(xié)程的實現(xiàn)Loom項目距離RELEASE版本估計還有不少功能需要完善，包括新增API的穩(wěn)定性，以及協(xié)程是否能夠移植到原有的JUC類庫中使用（當前的Loom-JDK-18+9沒有對原來的線程池等類庫進行修改）等問題需要解決，所以在保持關(guān)注的過程中靜心等待吧。

（本文完 e-a-20210818 c-2-d）