多線程回答的滾瓜爛熟，面試官問我虛線程了解嗎？我說不太了解！
Java虛擬線程（Virtual Threads）標志著Java在并發編程領域的一次重大飛躍，特別是從Java 21版本開始。這項新技術的引入旨在克服傳統多線程和線程池存在的挑戰。
多線程和線程池
在Java中，傳統的多線程編程依賴于Thread類或實現Runnable接口。這些線程都是重量級的，因為每個線程都對應一個操作系統級的線程，這意味著線程的創建、調度和銷毀都需要操作系統的深度參與，不僅耗費資源，也消耗時間。
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為了優化資源使用和提高效率，Java提供了線程池（ExecutorService等）。線程池可以重用固定數量的線程，避免了頻繁創建和銷毀線程的開銷。然而，即使是線程池也無法完全解決上下文切換和資源消耗的問題，尤其是在高并發場景下。此外，大量的線程創建還可能導致OutOfMemoryError。
下面是一個線程池OutOfMemoryError的例子：
public static void main(String[] args) {
stackOverFlowErrorExample();
}
private static void stackOverFlowErrorExample() {
for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1L));
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}).start();
}
}
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虛擬線程引入
為了進一步提高并發編程的效率和簡化開發過程，Java19引入了虛擬線程概念。這些輕量級的線程在JVM的用戶模式下被管理，而不是直接映射到操作系統的線程上。這種設計使得可以創建數百萬個虛擬線程，而對操作系統資源的消耗微乎其微。
當代碼調用到阻塞操作時例如 IO、同步、Sleep等操作時，JVM 會自動把 Virtual Thread 從平臺線程上卸載，平臺線程就會去處理下一個虛擬線程，通過這種方式，提升了平臺線程的利用率，讓平臺線程不再阻塞在等待上，從底層實現了少量平臺線程就可以處理大量請求，提高了服務吞吐和 CPU 的利用率。
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? 操作系統線程（OS Thread）：由操作系統管理，是操作系統調度的基本單位。
? 平臺線程（Platform Thread）：傳統方式使用的Java.Lang.Thread，都是一個平臺線程，是 Java 對操作系統線程的包裝，與操作系統是 1:1 映射。
? 虛擬線程（Virtual Thread）：一種輕量級，由 JVM 管理的線程。對應的實例 java.lang.VirtualThread 這個類。
? 載體線程（Carrier Thread）：指真正負責執行虛擬線程中任務的平臺線程。一個虛擬線程裝載到一個平臺線程之后，那么這個平臺線程就被稱為虛擬線程的載體線程。
使用虛擬線程
虛擬線程的使用接口與普通線程相似，但創建虛擬線程的方式略有不同。以下是幾種創建和使用虛擬線程的方法：
- 直接創建虛擬線程并運行：
// 傳入Runnable實例并立刻運行:
Thread vt = Thread.startVirtualThread(() -> {
System.out.println("Start virtual thread...");
Thread.sleep(10);
System.out.println("End virtual thread.");
});- 創建虛擬線程但不自動運行，而是手動調用start()開始運行：
// 創建VirtualThread:
Thread.ofVirtual().unstarted(() -> {
System.out.println("Start virtual thread...");
Thread.sleep(1000);
System.out.println("End virtual thread.");
});
// 運行:
vt.start();- 通過虛擬線程的ThreadFactory創建虛擬線程，然后手動調用start()開始運行：
// 創建ThreadFactory:
ThreadFactory tf = Thread.ofVirtual().factory();
// 創建VirtualThread:
Thread vt = tf.newThread(() -> {
System.out.println("Start virtual thread...");
Thread.sleep(1000);
System.out.println("End virtual thread.");
});
// 運行:
vt.start();直接調用start()實際上是由ForkJoinPool的線程來調度的。我們也可以自己創建調度線程，然后運行虛擬線程：
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
// 創建大量虛擬線程并調度:
ThreadFactory tf = Thread.ofVirtual().factory();
for (int i=0; i<100_000; i++) {
Thread vt = tf.newThread(() -> { ... });
executor.submit(vt);
executor.submit(() -> {
System.out.println("Start virtual thread...");
Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1L));
System.out.println("End virtual thread.");
return true;
});
}由于虛擬線程屬于非常輕量級的資源，因此，用時創建，用完就扔，不要池化虛擬線程。
虛線程的性能
下面我們測試一下虛線程的性能
public static void main(String[] args) {
testWithVirtualThread();
testWithThread(20);
testWithThread(50);
testWithThread(100);
testWithThread(200);
testWithThread(400);
}
private static long testWithVirtualThread() {
long start = System.currentTimeMillis();
ExecutorService es = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
for (int i = 0; i < TASK_NUM; i++) {
es.submit(() -> {
Thread.sleep(100);
return 0;
});
}
es.close();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("virtual thread:" + (end - start));
return end;
}
private static void testWithThread(int threadNum) {
long start = System.currentTimeMillis();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(threadNum);
for (int i = 0; i < TASK_NUM; i++) {
es.submit(() -> {
Thread.sleep(100);
return 0;
});
}
es.close();
System.out.println(threadNum + " thread:" + (System.currentTimeMillis() - start));
es.shutdown();
}下面是測試結果：
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虛線程真是快到飛起！！！
虛擬線程的原理
Java的虛擬線程會把任務（java.lang.Runnable實例）包裝到一個 Continuation實例中。當任務需要阻塞掛起的時候，會調用Continuation 的 yield 操作進行阻塞，虛擬線程會從平臺線程卸載。 當任務解除阻塞繼續執行的時候，調用 Continuation.run會從阻塞點繼續執行。下面讓我們結合Thread.ofVirtual().start()來看一下虛線程的實現。
當調用start()方法時，會創建一個虛擬線程 var thread = newVirtualThread(scheduler, nextThreadName(), characteristics(), task);
static Thread newVirtualThread(Executor scheduler,
String name,
int characteristics,
Runnable task) {
if (ContinuationSupport.isSupported()) {
return new VirtualThread(scheduler, name, characteristics, task);
} else {
if (scheduler != null)
throw new UnsupportedOperationException();
return new BoundVirtualThread(name, characteristics, task);
}
}核心主要在java.lang.VirtualThread類中。下面是JVM 調用VirtualThread的構造函數：
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VirtualThread 會初始化一個ForkJoinPool的Executor.
private static final ForkJoinPool DEFAULT_SCHEDULER = createDefaultScheduler(); 該方法初始化Executor線程池大小。該Executor 也就是執行器，提供了一個默認的 FIFO 的 ForkJoinPool 用于執行虛擬線程任務。
之后創建一個VThreadContinuation對象。該對象存儲作為Runnable對象運行的信息，它確保了每個并發操作都有清晰定義的生命周期和上下文。
VThreadContinuation是一種允許程序執行被暫停并在將來某個時刻恢復的機制。虛擬線程利用VThreadContinuation來實現輕量級的上下文切換.
最后，該方法調用runContinuation方法。該方法在虛擬線程啟動時被調用。
JVM 把虛擬線程分配給平臺線程的操作稱為 mount（掛載），取消分配平臺線程的操作稱為 unmount（卸載）。
Continuation 組件十分重要，它既是用戶真實任務的包裝器，同時提供了虛擬線程任務暫停/繼續的能力，以及虛擬線程與平臺線程數據轉移功能，當任務需要阻塞掛起的時候，調用 Continuation 的 yield 操作進行阻塞。當任務需要解除阻塞繼續執行的時候，則調用 Continuation 的 run 恢復執行。
總結
虛擬線程是由 Java 虛擬機調度，它的占用空間小，同時使用輕量級的任務隊列來調度虛擬線程，避免了線程間基于內核的上下文切換開銷，因此可以極大量地創建和使用。主要有以下好處：
- 虛擬線程是輕量級的，它們不直接映射到操作系統的線程，而是由JVM在用戶態進行管理。這種輕量級特性允許在單個JVM實例中同時運行數百萬個虛擬線程。
- 虛擬線程大大簡化了并發編程的復雜性。開發者可以像編寫順序代碼一樣編寫并發代碼，而無需擔心傳統線程編程中的許多復雜問題，如線程數、同步和資源競爭等。
