网易面试：SpringBoot如何开启虚拟线程？

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小编点评

虚拟线程（Virtual Thread）是一种轻量级的线程实现，旨在提高 Java 并发编程的效率和降低系统资源消耗。与传统的线程和操作系统级别的线程相比，虚拟线程具有更低的创建开销和更高的资源利用率。虚拟线程在 JVM 层面实现，它们不直接与操作系统的物理线程对应。通过线程工厂（ThreadFactory）或线程池（ExecutorService）来创建虚拟线程。虚拟线程主要通过 JVM 的调度来实现，降低了普通线程频繁切换带来的性能开销。使用虚拟线程的优势： 1. 更低的创建开销：虚拟线程的创建和销毁成本较低，减少了系统资源的消耗。 2. 提高运行效率：虚拟线程由 JVM 调度，减少了普通线程上下文切换的开销。 3. 更好的资源利用：虚拟线程可以避免线程竞争和死锁问题，提高系统的并发处理能力。虚拟线程的底层实现主要依赖于 JVM 内存管理和操作系统提供的线程控制接口。虚拟线程的概念在 Java 虚拟机（JVM）中得到了实现，通过对线程的控制和调度，实现了线程的逻辑分离和复用。在 Spring Boot 中，可以通过配置文件启用虚拟线程功能。例如，在 application.yml 文件中添加以下配置： ```yaml spring: threads: virtual: enabled: true ``` 然而，现代 Java 应用程序通常仍然采用线程池（TaskExecutor）作为异步任务的处理机制，而不是虚拟线程。这是因为: 1. 异步任务的执行往往需要大量计算或者 I/O 操作，这些操作天然地适合异步处理。而虚拟线程在这种场景下，由于要管理线程状态和上下文切换，反而可能导致性能下降。 2. 虚拟线程虽然可以减少上下文切换开销，但它通常涉及底层 JVM 内存管理和操作系统线程控制，这增加了实现复杂性和资源消耗。综上所述，在大多数情况下，虚拟线程对于一般的 Java 应用程序可能并不是必需的，而线程池依然是在实现异步任务时更为推荐的选择。

正文

虚拟线程（Virtual Thread）也称协程或纤程，是一种轻量级的线程实现，与传统的线程以及操作系统级别的线程（也称为平台线程）相比，它的创建开销更小、资源利用率更高，是 Java 并发编程领域的一项重要创新。

PS：虚拟线程正式发布于 Java 长期支持版（Long Term Suort，LTS）Java 21（也就是 JDK 21）。

虚拟线程是一种在 Java 虚拟机（JVM）层面实现的逻辑线程，不直接和操作系统的物理线程一一对应，因此它可以减少上下文切换所带来的性能开销。

操作系统线程、普通线程（Java 线程）和虚拟线程的关系如下：

1.虚拟线程使用

虚拟线程的创建有以下 4 种方式：

Thread.startVirtualThread(Runnable task)
Thread.ofVirtual().unstarted(Runnable task)
Thread.ofVirtual().factory()
Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()

具体使用如下。

1.1 startVirtualThread

创建虚拟线程，并直接启动执行任务：

// 创建并启动虚拟线程
Thread.startVirtualThread(() -> {
    System.out.println("Do virtual thread.");
});

1.2 unstarted

只创建虚拟线程，但不直接启动（创建之后通过 start 启动）：

// 创建虚拟线程
Thread vt = Thread.ofVirtual().unstarted(()->{
    System.out.println("Do virtual thread.");
});
// 运行虚拟线程
vt.start();

1.3 factory

先创建虚拟线程工厂，然后再使用工厂创建虚拟线程，之后再调用 start() 方法进行执行：

// 创建虚拟线程工厂
ThreadFactory tf = Thread.ofVirtual().factory();
// 创建虚拟线程
Thread vt = tf.newThread(()->{
    System.out.println("Do virtual thread.");
});
// 运行虚拟线程
vt.start();

1.4 newVirtualThreadPerTaskExecutor

创建虚拟线程池：

// 创建一个支持虚拟线程的线程池
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
executor.submit(()->{
    System.out.println("Do virtual thread.");
});

2.虚拟线程 VS 普通线程

虚拟线程和普通线程的区别主要体现在以下几点：

普通线程是和操作系统的物理线程是一一对应的，而虚拟线程是 JVM 层面的逻辑线程，并不和操作系统的物理线程一一对应，它可以看作是轻量级的线程。
普通线程默认创建的是用户线程（而守护线程），而虚拟线程是守护线程，并且其守护线程的属性不能被修改，如果修改就会报错，如下图所示：

虚拟线程由 JVM 调度和使用，避免了普通线程频繁切换的性能开销，所以相比于普通的线程来说，运行效率更高。

3.SpringBoot开启虚拟线程

以最新版的 Spring Boot 3.x 为例，我们开启虚拟线程很简单，只需要在 Spring Boot 配置文件中设置“spring.threads.virtual.enabled”为“true”即可开启，以 application.yml 为例，启用虚拟线程配置如下：

spring:
  threads:
    virtual:
      enabled: true # 启用虚拟线程

这样 Spinrg Boot 在启动 Tomcat 容器时，会使用一个虚拟线程执行器来代表原有的平台线程池。

PS：这里是虚拟线程执行器，不是虚拟线程池。

如果以上配置未生效的话，还可以通过修改 Tomcat 配置类，让其使用虚拟线程来处理每一个请求，配置代码如下：

import java.util.concurrent.Executors;

import org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatProtocolHandlerCustomizer;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class TomcatConfiguration {
    @Bean
    public TomcatProtocolHandlerCustomizer<?> protocolHandlerVirtualThreadExecutorCustomizer() {
        return protocolHandler -> {
            // 使用虚拟线程来处理每一个请求
            protocolHandler.setExecutor(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
        };
    }
}

4.异步任务开启虚拟线程

如果你想为 Spring Boot 中的异步任务 @Async 也配置虚拟线程的话，可以在 AsyncConfigurer 配置类中设置，配置代码如下：

import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.core.task.support.TaskExecutorAdapter;
import org.springframework.scheduling.annotation.AsyncConfigurer;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;

@Configuration
@EnableAsync  // 开启异步任务
public class AsyncTaskConfiguration implements AsyncConfigurer {
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return new TaskExecutorAdapter(Executors.newThreadPerTaskExecutor(Thread.ofVirtual().name("virtual-async#", 1).factory()));
    }
}

课后思考

说说虚拟线程的底层实现？有了虚拟线程后还需要虚拟线程池吗？为什么？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。