一年經(jīng)驗(yàn)在二線(xiàn)城市面試后端的經(jīng)驗(yàn)分享
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JDK19推出了幾個(gè)新的特性，其中最具有特點(diǎn)的有以下幾個(gè)。
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我們看到其中有一個(gè)比較值得關(guān)注的那就是新增了虛擬線(xiàn)程。到底什么是虛擬線(xiàn)程，和我們現(xiàn)在使用的線(xiàn)程有啥區(qū)別呢？
在操作系統(tǒng)中，線(xiàn)程是比進(jìn)程更輕量級(jí)的調(diào)度執(zhí)行單位，線(xiàn)程的引入可以把一個(gè)進(jìn)程的資源分配和執(zhí)行調(diào)度分開(kāi)，各個(gè)線(xiàn)程既可以共享進(jìn)程資源，又可以獨(dú)立調(diào)度。
線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)方式主要有三種：分別是使用內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)、使用用戶(hù)線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)以及使用用戶(hù)線(xiàn)程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)。
「使用內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)」:內(nèi)核線(xiàn)程（Kernel-Level Thread，KLT）直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持，由內(nèi)核完成線(xiàn)程切換，內(nèi)核通過(guò)操縱調(diào)度器對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行調(diào)度，并負(fù)責(zé)將線(xiàn)程的任務(wù)映射到各個(gè)處理器上，同時(shí)向應(yīng)用程序提供API接口來(lái)管理線(xiàn)程。應(yīng)用程序一般不直接使用內(nèi)核線(xiàn)程，而是使用內(nèi)核線(xiàn)程的一種高級(jí)接口——輕量級(jí)進(jìn)程（Light Weight Process，LWP）。
應(yīng)用程序一般不會(huì)直接去使用內(nèi)核線(xiàn)程，而是去使用內(nèi)核線(xiàn)程的一種高級(jí)接口——輕量級(jí)進(jìn)程（Light Weight Process,LWP），輕量級(jí)進(jìn)程就是我們通常意義上所講的線(xiàn)程，由于每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都由一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程支持，因此只有先支持內(nèi)核線(xiàn)程，才能有輕量級(jí)進(jìn)程。
有了內(nèi)核線(xiàn)程的支持，每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都成為一個(gè)獨(dú)立的調(diào)度單元，即使有一個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程在系統(tǒng)調(diào)用中阻塞了，也不會(huì)影響整個(gè)進(jìn)程繼續(xù)工作。
但是輕量級(jí)進(jìn)程具有它的局限性：首先，由于是基于內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)的，所以各種線(xiàn)程操作，如創(chuàng)建、析構(gòu)及同步，都需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的代價(jià)相對(duì)較高，需要在用戶(hù)態(tài)（User Mode）和內(nèi)核態(tài)（Kernel Mode）中來(lái)回切換。其次，每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都需要有一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程的支持，因此輕量級(jí)進(jìn)程要消耗一定的內(nèi)核資源（如內(nèi)核線(xiàn)程的棧空間），因此一個(gè)系統(tǒng)支持輕量級(jí)進(jìn)程的數(shù)量是有限的。
「使用用戶(hù)線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)」:在用戶(hù)空間建立線(xiàn)程庫(kù)，通過(guò)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)完成線(xiàn)程的管理。這種實(shí)現(xiàn)方式下，一個(gè)進(jìn)程和線(xiàn)程之間是一對(duì)多的關(guān)系。其優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)程切換快，并且可以運(yùn)行在任何操作系統(tǒng)之上，只需要實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程庫(kù)即可。
這種實(shí)現(xiàn)方式下，一個(gè)進(jìn)程和線(xiàn)程之間的關(guān)系是一對(duì)多的。
這種線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)程切換快，并且可以運(yùn)行在任何操作系統(tǒng)之上，只需要實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程庫(kù)就行了。但是缺點(diǎn)也比較明顯，就是所有線(xiàn)程的操作都需要用戶(hù)程序自己處理，并且因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)調(diào)用都是阻塞的，所以一旦一個(gè)進(jìn)程阻塞了，那么進(jìn)程中的所有線(xiàn)程也會(huì)被阻塞。還有就是多處理器系統(tǒng)中如何將線(xiàn)程映射到其他處理器上也是一個(gè)比較大的問(wèn)題。
「使用用戶(hù)線(xiàn)程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)」:這種實(shí)現(xiàn)方式結(jié)合了上述兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，既具有用戶(hù)線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)方式的線(xiàn)程切換快的優(yōu)點(diǎn)，也具有內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)方式的操作系統(tǒng)支持性好的優(yōu)點(diǎn)。
「Java線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)方式」Java作為一門(mén)跨平臺(tái)的編程語(yǔ)言，實(shí)際上他的線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)其實(shí)是依賴(lài)具體的操作系統(tǒng)的。而比較常用的windows和linux來(lái)說(shuō)，都是采用內(nèi)核線(xiàn)程的方式實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，當(dāng)我們?cè)贘AVA代碼中創(chuàng)建一個(gè)Thread的時(shí)候，其實(shí)是需要映射到操作系統(tǒng)的線(xiàn)程的具體實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的通過(guò)內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)的方式在創(chuàng)建、調(diào)度時(shí)都需要進(jìn)行內(nèi)核參與，所以成本比較高，盡管JAVA中提供了線(xiàn)程池的方式來(lái)避免重復(fù)創(chuàng)建線(xiàn)程，但是依舊有很大的優(yōu)化空間。而且這種實(shí)現(xiàn)方式意味著受機(jī)器資源的影響，平臺(tái)線(xiàn)程數(shù)也是有限制的。
JDK19引入的虛擬線(xiàn)程，虛擬線(xiàn)程是輕量級(jí)線(xiàn)程，主要用于實(shí)現(xiàn)高吞吐量的并發(fā)應(yīng)用程序。與傳統(tǒng)的線(xiàn)程相比，虛擬線(xiàn)程具有更低的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀成本，可以更好地利用系統(tǒng)資源。
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虛擬線(xiàn)程的主要優(yōu)勢(shì):
「虛擬線(xiàn)程與平臺(tái)線(xiàn)程的區(qū)別」:
「如何使用虛擬線(xiàn)程」:通過(guò)Thread.startVirtualThread()可以運(yùn)行一個(gè)虛擬線(xiàn)程：
Thread.startVirtualThread(() -> { System.out.println("虛擬線(xiàn)程執(zhí)行中...");});通過(guò)Thread.Builder也可以創(chuàng)建虛擬線(xiàn)程，Thread類(lèi)提供了ofPlatform()來(lái)創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)線(xiàn)程、ofVirtual()來(lái)創(chuàng)建虛擬現(xiàn)場(chǎng)。
Thread.Builder platformBuilder = Thread.ofPlatform().name("平臺(tái)線(xiàn)程");Thread.Builder virtualBuilder = Thread.ofVirtual().name("虛擬線(xiàn)程");Thread t1 = platformBuilder .start(() -> {...}); Thread t2 = virtualBuilder.start(() -> {...});線(xiàn)程池也支持了虛擬線(xiàn)程，可以通過(guò)Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()來(lái)創(chuàng)建虛擬線(xiàn)程:
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { IntStream.range(0, 10000).forEach(i -> { executor.submit(() -> { Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1)); return i; }); });}其實(shí)并不建議虛擬線(xiàn)程和線(xiàn)程池一起使用，因?yàn)镴ava線(xiàn)程池的設(shè)計(jì)是為了避免創(chuàng)建新的操作系統(tǒng)線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)，但是創(chuàng)建虛擬線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)并不大，所以其實(shí)沒(méi)必要放到線(xiàn)程池中。
「性能差異」從Runnable創(chuàng)建10000個(gè)線(xiàn)程，并使用虛擬線(xiàn)程和平臺(tái)線(xiàn)程執(zhí)行它們，以比較兩者的性能。
final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();Runnable runnable = () -> { try { Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1)); } catch(Exception e) { System.out.println(e); } System.out.println("Work Done - " + atomicInteger.incrementAndGet());};傳統(tǒng)線(xiàn)程實(shí)現(xiàn):
Instant start = Instant.now();try (var executor = Executors.newFixedThreadPool(100)) { for(int i = 0; i < 10_000; i++) { executor.submit(runnable); }}Instant finish = Instant.now();long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis(); System.out.println("總耗時(shí) : " + timeElapsed);虛擬線(xiàn)程實(shí)現(xiàn):
Instant start = Instant.now();try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { for(int i = 0; i < 10_000; i++) { executor.submit(runnable); }}Instant finish = Instant.now();long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis(); System.out.println("總耗時(shí) : " + timeElapsed);最終結(jié)果:
總耗時(shí) : 102323總耗時(shí) : 1674100秒和1.6秒的差距，虛擬線(xiàn)程的性能提升還是比較大的。
Java虛擬線(xiàn)程相對(duì)于傳統(tǒng)線(xiàn)程具有更好的性能表現(xiàn)，特別是在高并發(fā)場(chǎng)景下。但是需要注意的是，虛擬線(xiàn)程并不是萬(wàn)能的，過(guò)度使用虛擬線(xiàn)程也可能會(huì)導(dǎo)致其他問(wèn)題，如線(xiàn)程數(shù)量過(guò)多、線(xiàn)程間通信和同步問(wèn)題等。
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