引言： 随着计算机系统的发展和多核处理器的普及，编写高效且可扩展的并发程序变得越来越重要。为了满足这一需求，Java开发团队在JDK 21中引入了JEP 444，也被称为Virtual Threads（虚拟线程）。本文将介绍Virtual Threads的概念、其工作原理以及对Java开发人员和并发编程的影响。

1. 背景和问题： 在过去的Java版本中，线程是与操作系统的本机线程（Native Thread）直接映射的。这种映射关系导致了一些问题。首先，创建和销毁线程需要耗费大量的系统资源。其次，线程的调度和上下文切换也需要相应的时间和开销。这些问题在高并发应用程序中尤为明显，可能导致性能下降和资源浪费。
2. Virtual Threads的概念： Virtual Threads是一种轻量级的、用户级别的线程实现。与传统的本机线程不同，Virtual Threads不直接映射到操作系统线程，而是由Java虚拟机（JVM）管理和调度。Virtual Threads的设计目标是提供一种高效、可扩展且开销较低的并发编程模型。
3. 工作原理： Virtual Threads通过Fork/Join框架的扩展实现。在JDK 21中，引入了ForkJoinPool的新功能，使其能够处理Virtual Threads。ForkJoinPool是Java中用于实现任务并行的框架，通过工作窃取算法提高并行性能。在JDK 21中，ForkJoinPool可以直接支持Virtual Threads，从而提供更好的性能和可伸缩性。
4. Virtual Threads的优势： Virtual Threads带来了几个重要的优势。首先，由于不需要与操作系统的本机线程直接映射，Virtual Threads的创建和销毁成本较低。其次，Virtual Threads的调度和上下文切换开销也较小，这在高并发场景下特别重要。另外，Virtual Threads还可以提供更好的资源利用率，因为JVM可以根据实际情况调整线程的数量。
5. 使用Virtual Threads： 使用Virtual Threads并不需要对现有的Java并发代码进行大规模修改。开发人员可以通过使用ForkJoinPool的新API，以及新的ExecutorService接口和相关工具类，轻松地在现有代码中使用Virtual Threads。这使得迁移到Virtual Threads变得相对容易，而且可以逐步进行。
6. 注意事项和挑战： 尽管Virtual Threads带来了很多优势，但在使用过程中仍需注意一些事项。首先，由于Virtual Threads不是本机线程，因此与传统线程相关的一些API和行为可能会有所不同。开发人员需要对这些差异进行了解，并适当调整代码。其次，虽然Virtual Threads可以提高性能和可伸缩性，但滥用它们可能会导致资源竞争和死锁等并发问题。因此，使用Virtual Threads时需要谨慎，并遵循最佳实践。

结论： JEP 444引入的Virtual Threads为Java开发人员提供了一种高效、可扩展且开销较低的并发编程模型。它通过与操作系统的本机线程解耦，减少了线程创建和销毁的成本，并改善了调度和上下文切换的效率。使用Virtual Threads可以提高并发程序的性能和资源利用率，为开发人员提供更好的编程体验。然而，使用Virtual Threads时需要注意差异和挑战，并遵循最佳实践，以确保正确和高效地使用这项技术。

演示代码放在：GitHub - guwan/jdk21Demo: Demonstration of Some New Features of JDK 21

先使用Thread.ofVirtual演示一个简单的

我们使用Thread.ofVirtual()创建一个Virtual Thread，并在其start()方法中指定线程的执行逻辑，这里我们简单地打印线程信息。然后，我们使用join()方法等待线程执行完成。

使用Thread.ofVirtual()可以方便地创建和执行Virtual Thread，它提供了一种简洁的方式来利用Virtual Threads的优势。

public class VirtualThreadsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建并执行Virtual Thread
        Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().start(() -> {
            System.out.println("Running Virtual Thread: " + Thread.currentThread());
        });

        // 等待线程执行完成
        try {
            virtualThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们也可以用Executors创建虚拟线程

我们使用
Executors.newVirtualThreadExecutor()方法创建了一个支持Virtual Threads的线程池。然后，我们使用executor.submit()方法提交了两个并发任务，并通过Future对象获取任务的结果。每个任务都会在自己的Virtual Thread上执行，并打印执行线程的信息。最后，我们输出了任务的结果，并调用executor.shutdown()关闭线程池。

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;


public class VirtualThreadsDemo2 {
    public static void main(String[] args) {

        // 创建一个支持Virtual Threads的线程池
        try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {

            try {
                // 提交并发任务
                Future<String> future1 = executor.submit(() -> {
                    System.out.println("Running task 1 on Virtual Thread: " + Thread.currentThread());
                    return "Task 1 completed.";
                });

                Future<String> future2 = executor.submit(() -> {
                    System.out.println("Running task 2 on Virtual Thread: " + Thread.currentThread());
                    return "Task 2 completed.";
                });

                // 获取任务结果
                String result1 = future1.get();
                String result2 = future2.get();

                System.out.println("Result 1: " + result1);
                System.out.println("Result 2: " + result2);
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                // 关闭线程池
                executor.shutdown();
            }
        }
    }
}

参考链接：

• JEP 444: https://openjdk.org/jeps/444
• Virtual Threads Early-Access Builds: https://jdk.java.net/loom/
• ForkJoinPool Documentation: https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/java.base/java/util/concurrent/ForkJoinPool.html