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Java 21的Concurrency的笔记

article 2024/11/14 16:44:04

Java Core Libraries
Concurrency
Concurrency API包括：
- Virtual threads
- Structured concurrency
- Task scheduling framework
  即线程池，常见、易用。
- Fork/join framework
  即ForkJoinPool，不过目前还没有在项目中实际使用过。
- Concurrent collections
  线程安全的容器，比如BlockingQueue/BlockingDeque。
- Atomic variables
  原子变量，在java.util.concurrent.atomic下的类，比如AtomicInteger。
- Synchronizers
  比如Semaphore/CyclicBarrier/CountdownLatch/Phaser/Exchanger。
  不过目前在项目交付过程中，暂时没有使用过。
- Locks
  java.util.concurrent.locks包内的类。
  目前在项目交付时，Java语言的关键字synchronized的应用场景更多一些。
- Nanosecond-granularity timing
  之前在项目中，大量使用的是System.currentTimeMillis，在时间跳变时，计算时间差时可能得到负数。
  System.nanoTime作为后起之秀，据说不存在类似的问题。
- Thread-local variables
  曾经使用过ThreadLocal，不过机会不多，可能场景比较简单，没有遇到过什么问题。

Virtual Threads

在Linux系统下，按照用户线程和内核线程的关系来分类：

1:1，即一个用户线程，对应一个内核线程。
比如Linux的Pthread，JDK的Thread，STL的std::thread。
优点是实现简单，线程的运行、调度、运行，均由操作系统完成。
缺点是线程的数量受限，随着线程数量上升，操作系统调整线程运行的成本逐步上升。
N:1，即多个用户线程，对应一个内核线程。
实现复杂，用户线程的调度、运行等工作在用户态，因此可以创建更多的线程。
缺点是当一个用户线程被IO阻塞时，绑定在内核线程上的其它用户线程，同步被阻塞。
M：N，即用户线程和内核线程为多对多关系，二者不是强绑定关系。
实现复杂，可以解决N：1方案存在的问题。

线程的使用方式：

同步模式
- 每请求每线程
- 线程池
- Reactor模式
异步模式
- 异步任务
- 消息队列

官方文档

Virtual Threads

However, a virtual thread isn’t tied to a specific OS thread. A virtual thread still runs code on an OS thread. However, when code running in a virtual thread calls a blocking I/O operation, the Java runtime suspends the virtual thread until it can be resumed. The OS thread associated with the suspended virtual thread is now free to perform operations for other virtual threads.

依据上述描述，Java的Virtual Threads有点类似前述的M：N的关系。

Virtual threads are suitable for running tasks that spend most of the time blocked, often waiting for I/O operations to complete. However, they aren’t intended for long-running CPU-intensive operations.

依据上述说明，Java的Virtual Threads适合执行经常阻塞的任务，而不是长时间的计算密集型任务。
JEP 444
java.lang.Thread
Foreign Function and Memory API

参考资料

线程的三种实现模型
linux：线程的3种实现方式（内核级，用户级和混合型）
线程模型简介
Netty的三种线程模型
Netty(1)线程模型【常识】
【Linux线程（三）】生产者消费者模型
Linux线程(四) 生产者消费者模型
多线程(一)高并发和多线程的关系
多线程(二)使用多线程的准备知识
多线程(三) java中线程的简单使用
多线程(四) 如何停止线程
多线程(五) java的线程锁
多线程(五) java的线程锁
多线程(六)线程间的通信和协作
多线程(七)JDK原生线程池
多线程(八)常用的线程模型

Structured Concurrency

This is a preview feature.

作为预览版的特性，相关的API的设计目前仍然存在变数，因此当前不建议在项目中使用。
从官方提供的样例看，对于某些临时创建线程池执行任务的场景，可以简化实现代码，同时质量更好。

    Callable<String> task1 = ...
    Callable<Integer> task2 = ...

    try (var scope = new StructuredTaskScope<Object>()) {

        Subtask<String> subtask1 = scope.fork(task1);
        Subtask<Integer> subtask2 = scope.fork(task2);

        scope.join();

        ... process results/exceptions ...

    } // close