Java 22 引入的虚拟线程（Virtual Threads），是 Java 并发模型中的一次重要革新。这种新特性来自 Project Loom，它通过虚拟线程简化了高并发程序的编写，显著提升了 Java 在处理海量并发任务时的效率。
什么是虚拟线程？
- 虚拟线程（Virtual Thread）：是一种轻量级的线程，类似于传统的 Java 线程（即操作系统的原生线程），但不再直接与底层操作系统线程绑定。虚拟线程由 JVM 管理，可以在少量的内核线程上“调度”大量虚拟线程，实现“用户模式线程”的功能。
虚拟线程与传统线程的区别
| 特性 | 虚拟线程 (Virtual Threads) | 传统线程 (Platform Threads) |
|---|---|---|
| 重量级 | 轻量级（用户模式） | 重量级（操作系统模式） |
| 资源占用 | 每个虚拟线程占用极少的内存和资源 | 每个线程都会消耗较多的内存（栈空间等） |
| 数量 | 可以创建和管理大量虚拟线程（百万级别） | 操作系统对线程数量有严格限制（通常数千个） |
| 调度 | 由 JVM 进行调度，避免操作系统线程的阻塞 | 由操作系统调度，操作系统线程被阻塞会影响性能 |
| 上下文切换 | 上下文切换代价较低，几乎不依赖 OS 调度 | 上下文切换代价较高，涉及操作系统调度 |
| 阻塞模型 | 虚拟线程的阻塞不会影响操作系统线程，非阻塞执行 | 阻塞操作可能会导致整个操作系统线程被挂起 |
| 性能 | 在高并发场景下，性能明显优于传统线程 | 由于线程的重量级和数量限制，处理海量并发任务有瓶颈 |
虚拟线程的优点
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高并发处理能力：
- 传统的 Java 线程是操作系统的原生线程，每个线程都占据大量内存和系统资源，因此在大量线程并发的情况下，资源消耗会显著增加。虚拟线程则非常轻量级，JVM 可以在有限的内核线程上调度大量的虚拟线程，从而能够轻松处理数百万级的并发线程。
-
更简单的编程模型：
- 由于虚拟线程不会受到操作系统线程的阻塞影响，因此我们可以采用阻塞式编程模型，而不需要过多使用复杂的异步编程模型（如
CompletableFuture或者Reactive编程模型），这让代码更加直观和简洁。
- 由于虚拟线程不会受到操作系统线程的阻塞影响，因此我们可以采用阻塞式编程模型，而不需要过多使用复杂的异步编程模型（如
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阻塞操作变得高效：
- 在虚拟线程中，即便执行阻塞操作（如 I/O 操作），也不会阻塞底层的操作系统线程。JVM 会在虚拟线程发生阻塞时自动让出内核线程，这样内核线程可以继续执行其他任务，提升系统的并发能力。
-
更低的内存占用和上下文切换开销：
- 虚拟线程的栈空间非常小，JVM 通过“按需增长栈空间”的方式来管理内存，因此可以在有限的堆栈内存下创建大量的虚拟线程。而且，由于虚拟线程的调度是由 JVM 控制的，JVM 可以更加高效地管理上下文切换，避免频繁的操作系统线程切换带来的性能损耗。
虚拟线程的工作原理
虚拟线程的核心机制是通过将线程的调度从操作系统层转移到 JVM 层来实现的。JVM 会维护一个虚拟线程的调度器，它负责在多个内核线程上执行虚拟线程，JVM 通过上下文切换在内核线程之间“调度”虚拟线程。
- 任务阻塞与线程让出：当一个虚拟线程执行到需要阻塞的操作（如 I/O 阻塞）时，虚拟线程不会阻塞内核线程。JVM 会暂停该虚拟线程并将内核线程用于其他任务。当阻塞操作完成后，虚拟线程会重新恢复执行。
- 栈帧分配与压缩：虚拟线程的栈帧是动态分配的，JVM 会在需要时增加栈大小，从而节省内存。相比于传统线程，虚拟线程不需要一次性分配大量的栈空间，这大大减少了资源浪费。
虚拟线程的使用
Java 22 中，虚拟线程的使用非常简单，通过 Thread.ofVirtual().start() 可以创建虚拟线程。
// 创建一个虚拟线程
Thread vThread = Thread.ofVirtual().start(() -> {
System.out.println("This is a virtual thread!");
});
// 等待虚拟线程执行完毕
vThread.join();
虚拟线程的创建和管理与传统线程类似，但它不再受操作系统线程数量限制，可以轻松创建大量虚拟线程来处理并发任务。
虚拟线程与传统异步模型的对比
在高并发环境中，开发者通常会使用异步编程模型来提升性能，如基于 CompletableFuture 或 Reactive Streams 的异步编程。然而，异步编程模型虽然性能高，但却使代码复杂，难以理解和维护。
虚拟线程的引入则让我们可以使用阻塞式编程模型，而不必担心性能问题。开发者可以编写看似同步阻塞的代码，但虚拟线程在遇到阻塞操作时会让出底层操作系统资源，整体效率与异步编程相当甚至更好。
使用场景
- I/O 密集型应用：在 Web 服务器、数据库驱动、文件处理等场景中，I/O 操作通常是阻塞的。虚拟线程能够让这些阻塞操作不再阻塞操作系统线程，从而提高系统吞吐量。
- 高并发场景：需要处理大量并发任务的应用场景，如微服务系统、高频交易、在线游戏等。
- 轻量级任务调度：在需要频繁创建和销毁大量线程的场景中，虚拟线程的低开销和轻量级特性使得它成为一个很好的选择。
性能和扩展性
- 高并发下的优异表现：虚拟线程可以支持数百万个并发线程，这使得它特别适合高并发场景。传统的原生线程在这种场景下可能会面临内存不足、线程调度成本过高等问题。
- 低内存占用和快速启动：虚拟线程启动快、占用内存少，即使在大量创建虚拟线程的情况下，系统内存也不会被大量占用。
- 阻塞操作变得可控：由于虚拟线程不会阻塞底层操作系统线程，因此阻塞操作变得更具扩展性，可以在编写同步阻塞代码的同时，享受非阻塞模型的高效。
虚拟线程的限制
尽管虚拟线程有很多优点，但它也有一些限制：
- 需要最新的 JVM：虚拟线程是 Java 22 的新特性，需要使用支持该特性的 JVM。
- 与现有库的兼容性：某些现有的 Java 库可能没有针对虚拟线程进行优化，特别是一些使用
ThreadLocal变量的库，可能会在虚拟线程上遇到性能问题。 - 调试复杂度：虽然虚拟线程在编写时非常简洁，但在某些复杂应用场景中，虚拟线程的调度可能会引入一些调试上的挑战，特别是在进行线程调度分析时。
总结
Java 22 的虚拟线程通过 JVM 层面的改进，将线程调度从操作系统移到用户模式，极大地提升了 Java 应用在高并发场景下的处理能力。虚拟线程不仅使得并发编程更加轻量、高效，还让开发者可以在性能和编程简洁性之间取得平衡。
- 虚拟线程的优势：它结合了轻量、高并发、简化编程模型等优点，是 Java 在现代高并发编程中的一次重要演进。
- 典型应用场景：I/O 密集型应用、高并发服务器、海量任务调度等。
虚拟线程为 Java 提供了更灵活、强大的并发处理能力，使得在复杂的并发应用场景中编写高效且可维护的代码变得更加容易。
