JDK21中虚拟线程到底是什么？看完便知

本文涉及到的技术：虚拟线程、结构化并发、线程池、TheadLocal，对原理感兴趣的可以直接跳到原理部分。

虚拟线程是JDK19中引入的，JDK21正式发布，我们先来看看虚拟线程的几种用法，然后再来分析底层实现原理。

先定义一个Runnable：

通过观察输出结果，就能知道当前运行Task的是不是虚拟线程。

也可以增加以下代码直接判断是不是虚拟线程：

Thread.ofVirtual()

手动开启虚拟线程执行任务：

自动开启虚拟线程执行任务：

两者输出结果类似，为：

根据名字可以看出确实是用的VirtualThread，但似乎跟ForkJoinPool有关，后面会分析。

我们也可以通过以下方式来创建普通线程：

输出结果为：

确实是普通线程。

还可以先得到一个ThreadFactory，然后来创建虚拟线程：

输出结果为：

还有一种更简单的API：

输出结果为：

结构化并发

在JDK21中还有一个新特性（预览版），叫做结构化并发，也会自动创建虚拟线程来运行代码，比如：

输出结果为：

Executors

还有一种和线程池类似的使用方式：

以上代码中每个任务运行时都会开启一个虚拟线程，输出�结果为：

表示有3个虚拟线程。

虚拟线程底层原理

以上大概就是使用或创建虚拟线程的几种情况了，那到底什么是虚拟线程呢？它跟线程有什么关系？它跟ForkJoinPool又有什么关系呢？

虚拟线程毕竟是虚拟的，就像虚拟机也是虚拟的，是需要真实操作系统来支撑运行的。而虚拟线程仍然是基于线程来进行调度执行的。

我们先来看看普通线程的缺点在哪，看下面代码：

假如是一个普通线程执行上述代码，在输出完“before”后，线程就会睡眠1秒，然后才会输出“after”，如果是一个线程要执行3个这样的任务，比如：

生成一个只有一个线程的线程池，用它来执行三个任务，实际上就是串行执行这三个任务，输出结果为：

但是，我们好好想想：当这个普通线程执行完第一个任务的“before”后，需要等1s才执行“after”，那能不能在等1s的过程中去执行第二个任务的“before”呢？原则上是可以的，这就是虚拟线程要优化的点。

大家好好理解一下上面的这句话，这是精髓

我们来看改成虚拟线程后的运行效果，先修改Task：

然后运行：

输出结果为：

大家运行时可能会发现有多个不同的ForkJoinPool-1-worker，那是因为我做了配置，后面会解释

不知道大家能不能看懂这个效果，我们可以发现有3个虚拟线程：VirtualThread[#21]、VirtualThread[#23]、VirtualThread[#24]，但是只有一个线程：ForkJoinPool-1-worker-1，虽然只有一个线程，却达到了并行执行三个任务的效果，其原理就是上面所分析的：

1. 线程先执行任务1，任务1睡眠的过程中，线程会去执行任务2
2. 任务2睡眠的过程中，线程会去执行任务3
3. 任务3睡眠的过程中，线程暂时没有任务执行了
4. 过一会，任务1睡眠结束，线程继续执行任务1
5. 然后，任务2睡眠结束，线程继续执行任务2
6. 最后，任务3睡眠结束，线程继续执行任务3

这样就达到了一个线程并行执行三个任务的效果，从中，我们可以看到，线程需要知道：一个任务什么时候开始睡眠了，什么时候睡眠结束了，哪个任务还没开始执行，哪个任务已经在执行中了？

但是，任务是程序员所定义的，所以就需要虚拟线程来封装任务，而线程只关心虚拟线程即可，也就是线程负责来调度各个虚拟线程的执行，也就是来判断虚拟线程是不是睡眠了？是不是正在运行？

我们可以把虚拟线程理解为一个对象，这个虚拟线程对象有几种状态，比如是不是睡眠中，是不是运行中，而一个线程可以支持同时运行多个虚拟线程对象，当线程发现某个虚拟线程对象睡眠时，就会去运行其他的虚拟线程对象。

或者这么说：虚拟线程sleep了，底层的线程并不一定sleep了。

所以，虚拟线程就是线程调度的单位，一个线程可以调度很多个虚拟线程，如果有多个线程，那当然就能调度更多虚拟线程了，所以在JDK的实现中，使用ForkJoinPool来提供线程作为虚拟线程的调度者，同时由于ForkJoinPool的任务窃取机制，能进一步提高任务并行执行的效率。

默认情况下，这个ForkJoinPool中的线程数等于CPU核心数，我们可以通过以下参数来修改：

• -Djdk.virtualThreadScheduler.parallelism=1
• -Djdk.virtualThreadScheduler.maxPoolSize=1

另外，虚拟线程也不用考虑池化，因为它不像线程，开启和关闭一个线程是需要调用操作系统的，而虚拟线程跟操作系统没关系。

再另外，JDK21中的虚拟线程也支持ThreadLocal，也就是一个虚拟线程在执行任务的过程中，也可以通过ThreadLocal来共享数据，使得我们在开发过程中就把虚拟线程当作普通线程使用就可以了。

还有要注意的是，当任务进行网络IO、磁盘IO时也相当是sleep了，所以如果虚拟线程用到真实项目中，就能做到用少量线程支撑较高的并发，从而能大大提高项目的吞吐量，虚拟线程不是用来提速的，而是用来提高吞吐量的。

好了，看到这里，你是不是对JDK21中的虚拟线程又有了新的理解呢？如果有，我需要正反馈，一定要帮我点赞、收藏、分享哦！

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