1. Einführung in virtuelle Threads

Virtuelle Threads sind eine leichte Parallelitätsabstraktion, die in Java eingeführt wurde, um die Herausforderungen einer effizienten Verwaltung einer großen Anzahl von Threads zu bewältigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Threads sind virtuelle Threads darauf ausgelegt, eine große Anzahl gleichzeitiger Aufgaben zu bewältigen, ohne den mit Betriebssystem-Threads verbundenen Overhead zu verursachen.

1.1 Was sind virtuelle Threads?

Virtuelle Threads sind Teil von Javas Project Loom, das darauf abzielt, die Parallelität durch die Bereitstellung eines skalierbareren und effizienteren Threading-Modells zu vereinfachen. Sie ermöglichen es Entwicklern, Tausende oder sogar Millionen gleichzeitiger Aufgaben ohne die üblichen Leistungseinbußen zu erstellen.

1.2 Hauptunterschiede zu herkömmlichen Threads

• Leichtgewicht: Virtuelle Threads haben im Vergleich zu herkömmlichen Threads einen geringeren Speicherbedarf.
• Von der JVM verwaltet: Sie werden von der Java Virtual Machine (JVM) und nicht vom Betriebssystem verwaltet, was eine bessere Ressourcennutzung ermöglicht.
• Skalierbarkeit: Virtuelle Threads ermöglichen eine effiziente Skalierung von Anwendungen und die problemlose Bewältigung einer größeren Anzahl gleichzeitiger Aufgaben.

2. Wie virtuelle Threads implementiert werden

Virtuelle Threads werden mit dem Schwerpunkt auf der Verbesserung der Skalierbarkeit und Leistung bei der gleichzeitigen Programmierung implementiert. So funktionieren sie:

2.1 Thread-Planung

Virtuelle Threads werden von der JVM und nicht vom Betriebssystem geplant. Dadurch kann die JVM den Kontextwechsel und die Ausführung effizienter verwalten und so den mit der herkömmlichen Thread-Verwaltung verbundenen Overhead reduzieren.

2.2 Ausführungsmodell

Virtuelle Threads verwenden ein kooperatives Planungsmodell. Anstatt präventiv zwischen Threads zu wechseln, ermöglichen sie den Threads, die Kontrolle freiwillig abzugeben. Dies reduziert den Kontextwechsel und verbessert die Leistung in bestimmten Szenarien.

2.3 Integration mit vorhandenen APIs

Virtuelle Threads lassen sich nahtlos in vorhandene Java-APIs integrieren. Sie können sie mit bekannten Konstrukten wie ExecutorService , CompletableFuture und ForkJoinPool verwenden, was die Übernahme virtueller Threads in vorhandene Codebasen erleichtert.

3. Praxisbeispiele und Demos

Sehen wir uns einige praktische Beispiele und Demos an, um zu veranschaulichen, wie virtuelle Threads in realen Szenarien genutzt werden können.

3.1 Beispiel: Einfacher HTTP-Server

Hier ist ein einfaches Beispiel für die Verwendung virtueller Threads zur Verarbeitung von HTTP-Anfragen:

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.AsynchronousChannelGroup;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualThreadHttpServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        var threadGroup = AsynchronousChannelGroup.withThreadPool(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
        var serverChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(threadGroup);
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

        while (true) {
            AsynchronousSocketChannel clientChannel = serverChannel.accept().get();
            Thread.startVirtualThread(() -> handleClient(clientChannel));
        }
    }

    private static void handleClient(AsynchronousSocketChannel clientChannel) {
        // Handle client connection here
    }
}

3.2 Demo: Gleichzeitige Aufgaben skalieren

Lassen Sie uns demonstrieren, wie virtuelle Threads eine große Anzahl gleichzeitiger Aufgaben effizient bewältigen können:

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class VirtualThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        for (int i = 0; i  {
                // Simulate task work
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        executor.shutdown();
        executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
    }
}

4. Vor- und Nachteile

Das Verständnis der Vorteile und Einschränkungen virtueller Threads kann bei der Entscheidung helfen, wann sie effektiv eingesetzt werden sollten.

4.1 Vorteile virtueller Threads

• Skalierbarkeit: Sie ermöglichen die Bearbeitung einer großen Anzahl gleichzeitiger Aufgaben mit minimalem Overhead.
• Effizienz: Reduzierter Kontextwechsel und verbesserte Ressourcennutzung.
• Benutzerfreundlichkeit: Vereinfachtes Parallelitätsmodell, das sich in vorhandene APIs integrieren lässt.

4.2 Nachteile virtueller Threads

• Speicheraufwand: Obwohl die Verwaltung einer sehr großen Anzahl virtueller Threads leicht ist, kann sie dennoch erheblichen Speicher verbrauchen.
• Komplexität: Einige Szenarien erfordern möglicherweise Anpassungen in der Codelogik, um virtuelle Threads vollständig zu nutzen.

5. Fazit

Virtuelle Threads bieten eine leistungsstarke Möglichkeit zur Verwaltung der Parallelität in Java und stellen eine skalierbare und effiziente Alternative zu herkömmlichen Threads dar. Durch das Verständnis ihrer Implementierung und praktischen Anwendungen können Entwickler virtuelle Threads nutzen, um reaktionsfähigere und leistungsfähigere Anwendungen zu erstellen.

Weitere Beiträge finden Sie unter: Was Sie über virtuelle Threads in Java wissen müssen