Java 协程终于来了，线程即将是过去式？

Posted 2023-04-02 chenxuyuana

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java 协程终于来了，线程即将是过去式？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

从 JDK 19 的概述页面来看，JDK 19 处于 Rampdown Phase Two 阶段，整个功能集已被冻结，将不再对 JEP 进行改动。

Java 19 只有 7 个新特性：

下面对新特性作简短的介绍：

记录模式（预览版）

使用 记录模式 增强 Java 编程语言以解构记录值，可以嵌套记录模式和类型模式，实现强大的、声明性的和可组合的数据导航和处理形式。

这是一个预览语言功能。另外，最新面试题整理好了，大家可以在小程序在线刷题。

Linux/RISC-V 移植

将 JDK 移植到 Linux/RISC-V，目前仅支持 RISC-V 的 RV64GV 配置（包含向量指令的通用 64 位 ISA）。将来可能会考虑支持其他 RISC-V 配置，例如通用 32 位配置 (RV32G)。

外部函数和内存 API （预览版）

引入一个 API，Java 程序可以通过该 API 与 Java 运行时之外的代码和数据进行互操作。通过该 API 可有效地调用外部函数（ JVM 之外的代码）和安全地访问外部内存（不受 JVM 管理的内存），使得 Java 程序能够调用本机库并处理本机数据，而不会出现 JNI 的脆弱性和危险。

这是个预览版 API 。

虚拟线程（预览版）

将协程，即虚拟线程引入 Java 平台。虚拟线程是轻量级线程，可显著地减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。这是一个预览 API，栈长曾对此进行了详细介绍。

Vector API （第四次孵化）

引入一个 API 来表达在运行时能够可靠编译的向量计算，在支持的 CPU 架构上优化向量指令，从而实现优于标量计算的性能。

Switch 模式匹配（第三预览版）

用 switch 表达式和语句的模式匹配，以及对模式语言的扩展来增强 Java 编程语言。将模式匹配扩展到 switch 中，允许针对一些模式测试表达式，这样就可以简明而安全地表达复杂的面向数据的查询。

该特性最早在 Java 17 中作为预览版出现， Java 19 为第三次预览。

结构化并发（孵化阶段）

这是一个孵化阶段的 API。

2022/06/09 2022/07/21 2022/08/11 2022/08/25 2022/09/20

其中 Rampdown 主要是修 Bug 和测试阶段。

Java 16：17 个
Java 18 ：9 个

Java 20 不会变成 5 个吧...

相关链接：https://openjdk.org/projects/jdk/19/

噢，老天爷！属于Java的协程终于来了！

文 | 罗奇奇

出品 | OSC开源社区（ID：oschina2013)

OpenJDK 的 JEP 425 ：虚拟线程（预览版）功能提案显示：Java 平台将引入虚拟线程特性（期待已久的协程）。虚拟线程是轻量级线程，可显著地减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。

Java 开发人员一直依赖线程作为并发服务器应用程序的构建块，每个方法中的语句都在一个线程内执行，每个线程提供一个堆栈来存储局部变量和协调方法调用，以及报错时的上下文捕获。线程是 Java 的并发单元，也是 Java 工具的核心基础：调试器逐步执行线程方法中的语句，分析器则可视化多个线程的行为。

目前，JDK 将其平台线程实现为操作系统 (OS) 线程的包装器，JDK 中每个实例都是一个平台线程，平台线程在底层操作系统线程上运行 Java 代码，并在代码的整个生命周期内捕获 OS 线程。平台线程数受限于 OS 线程数，而 OS 线程的成本很高，不能占用太多。因此，目前 JDK 的这种线程实现方法限制了其应用程序的吞吐量，使吞吐量远低于硬件支持的水平。

关于虚拟线程

虚拟线程java.lang.Thread是在底层操作系统线程（OS 线程）上运行 Java 代码，但在代码的整个生命周期内不捕获 OS 线程的实例。这意味着许多虚拟线程可以在同一个 OS 线程上运行 Java 代码，从而有效地共享它。

虚拟线程是由 JDK 而不是操作系统提供的线程的轻量级实现，也是用户模式线程的一种形式。用户模式线程在 Java 的早期版本中被称为“绿色线程”，当时操作系统线程的概念还不够成熟和普及， Java 的所有绿色线程都共享一个 OS 线程（M:1 调度），随着线程概念的发展，绿色线程最终被现在的平台线程超越，实现为 OS 线程的包装器（1:1 调度），而最新引入的虚拟线程采用 M:N 调度，其中大量 (M) 虚拟线程被调度为在较少数量 (N) 的 OS 线程上运行。

更高的吞吐量

开发者可以选择使用虚拟线程还是平台线程，但虚拟线程在高吞吐量的服务器应用程序中表现更好。比如下面这段休眠一秒钟的代码就创建了大量的虚拟线程，程序首先获得一个 ExecutorService，它为每个提交的任务创建一个新的虚拟线程，然后提交 10000 个任务并等待所有任务完成：

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

现代硬件可以很容易地支持 10000 个虚拟线程同时运行这样的代码。如果该程序使用为每个任务都创建一个新平台线程的 ExecutorService，例如 Executors.newCachedThreadPool() ，那么它将尝试创建 10000 个平台线程，也就意味着 10000 个 OS 线程，那么这个程序在大多数操作系统上都会崩溃。又或者这个程序使用从池中获取平台线程的 ExecutorService，如 Executors.newFixedThreadPool(200)，也好不到哪去。ExecutorService 将创建 200 个平台线程供这 10000 个任务共享，任务将按顺序运行而不是同时运行，程序需要很长时间才能跑完。

对于上述程序来说，具有 200 个平台线程的池只能实现每秒 200 个任务的吞吐量，而虚拟线程可以实现大约每秒 10000 个任务的吞吐量（在充分预热之后）。此外，如果将示例程序中的 10000 更改为 1,000,000 ，则程序将提交 1,000,000 个任务，创建 1,000,000 个并发运行的虚拟线程，并且（在充分预热后）达到大约 1,000,000 个任务/秒的吞吐量。

总而言之，虚拟线程不是更快的线程 —— 它们运行代码的速度并不比平台线程快。它们的存在是为了提供规模（更高的吞吐量），而不是速度（更低的延迟）。

如何启用虚拟线程？

目前虚拟线程在其他多线程语言中被广泛使用（例如 Go 中的协程和 Erlang 中的进程，在 C++ 中也是一个稳定特性），但在 Java 中还是一个预览 API，默认禁用。如要在 JDK XX 上尝试该功能，则必须通过以下方法启用预览 API：

使用 javac --release XX --enable-preview Main.java 编译程序，并使用 java --enable-preview Main 运行
使用源代码启动器时，使用 java --release XX --enable-preview Main.java 运行程序
使用 jshell 时，用 jshell --enable-preview 启动

有关虚拟线程的更多信息可在 OpenJDK 的 JDK Issue-8277131 中查看，目前该提案于 2021/11/15 创立，目前还处于 JEP 流程的第一阶段，距离稳定版本还需要一段时间。

完

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