当前位置：首页 > news >正文

Java 21 新特性：虚拟线程

news 2026/7/22 6:10:51

Java 21 是继 Java 17 之后的新一代长期支持版本（LTS）。在 Java 21 的众多新特性中，最值得我们求职者关注的就是虚拟线程（Virtual Thread）。
虚拟线程并不是一种让 CPU 计算变快的“超级线程”，它主要解决的是：
在大量请求都需要等待数据库、网络接口等 I/O 操作时，传统线程数量不够用、创建成本又太高的问题。
本文先用人话解释虚拟线程为什么出现、它是怎么运行的，然后再介绍具体用法和注意事项。最后一笔带过Java 21 的其他常用特性。

一、先理解三种线程

学习虚拟线程之前，需要先分清操作系统线程、平台线程和虚拟线程。

1.操作系统线程

操作系统线程是由 Windows、Linux 等操作系统直接管理的线程。

它的特点是“比较重”：

创建和销毁需要操作系统参与。
每个线程都要占用一定内存。
线程切换需要进入操作系统内核，存在性能成本。
单个进程能够创建的线程数量有限，具体上限受内存、操作系统配置等因素影响。

我们可以把操作系统线程理解成饭店里的真实服务员。招聘一个服务员需要成本，饭店也不可能同时雇佣几十万个服务员。

2.平台线程

在以前的 Java 中，通过new Thread()创建的线程通常是平台线程：

Thread thread = new Thread(() -> { System.out.println("执行任务"); }); thread.start();

平台线程由 JVM 提供给 Java 程序使用，但底层通常对应一个操作系统线程：

Java 平台线程 ↓ 操作系统线程

因此，平台线程实际上是 JVM 对操作系统线程的一层包装。操作系统线程比较昂贵，平台线程自然也不能无限创建。

传统项目通常会创建线程池，让少量平台线程反复处理任务：

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(200);

相当于饭店只雇佣 200 个服务员，让大量订单排队等待这 200 个服务员处理。

3.虚拟线程

虚拟线程是由 JVM 管理的轻量级线程，在 JDK 19 中首次以预览特性出现，并在 JDK 21 中正式发布。

它和平台线程最大的区别是：

传统方式：一个平台线程通常对应一个操作系统线程 虚拟线程：大量虚拟线程复用少量平台线程

可以把它们理解成：

虚拟线程：一张订单
平台线程：真正处理订单的服务员
JVM：负责派发订单的经理
操作系统线程：服务员实际占用的工作岗位

订单可以有几十万张，但并不需要几十万个服务员。JVM 会安排少量平台线程轮流执行大量虚拟线程。

二、为什么需要虚拟线程？

1.传统“一请求一线程”模型的问题

传统 Web 服务器经常采用“一次请求对应一个线程”的处理模型：

请求 1 → 平台线程 1 请求 2 → 平台线程 2 请求 3 → 平台线程 3

这种模型很好理解，代码也容易编写。但平台线程数量有限，当请求量很大时，线程资源可能成为系统瓶颈。

更麻烦的是，大部分后端请求并不是一直在使用 CPU，而是在等待：

接收请求 ↓ 查询数据库 ↓ 等待数据库返回 ← 大部分时间可能花在这里 ↓ 处理查询结果 ↓ 返回响应

假设一次数据库查询需要等待两秒。使用传统平台线程时，这个线程可能会被当前请求占用两秒，但在等待期间它并没有真正执行多少计算。

如果同时有大量请求都在等待数据库或远程接口，就会出现：

大量平台线程处于阻塞等待状态。
线程占用了内存，却没有充分使用 CPU。
请求继续增加后，只能在线程池队列里排队。
线程过多还会增加操作系统的调度和切换成本。

2.虚拟线程如何解决？

虚拟线程执行到可识别的阻塞 I/O 操作时，JVM 可以暂时把它从当前平台线程上卸载下来。

虚拟线程 A：发起数据库查询，需要等待 ↓ JVM 保存虚拟线程 A 当前执行到哪里 ↓ 平台线程空出来，开始执行虚拟线程 B ↓ 数据库结果返回后，再继续执行虚拟线程 A

用饭店来比喻：

服务员把菜单交给厨房后，不需要站在厨房门口一直等。他可以先去处理其他订单，等厨房做好以后再回来继续处理原来的订单。

因此，少量平台线程可以支撑大量正在等待 I/O 的虚拟线程。

整体关系大致如下：

虚拟线程 1 ─┐ 虚拟线程 2 ─┤ 虚拟线程 3 ─┼──→ 少量平台线程 ──→ 少量操作系统线程 虚拟线程 4 ─┤ 虚拟线程 5 ─┘

这里负责实际执行虚拟线程的平台线程，也经常被称为载体线程（Carrier Thread）。

三、虚拟线程是如何切换的？

线程要想暂停后继续运行，系统必须知道它刚才执行到了哪里，并保存相关数据，例如：

方法调用到了哪一层
方法中的局部变量
下一条要执行的指令位置

这些信息可以简单理解为线程的“工作现场”。

当虚拟线程因为 I/O 等待而暂停时，JVM 会保存它的工作现场，让平台线程去执行其他虚拟线程；等条件满足后，JVM 再恢复这个虚拟线程。

因此，虚拟线程的切换主要由 JVM 在用户态完成，不需要每次都让操作系统切换一个重量级线程，成本通常更低。

不过需要注意：

虚拟线程只是共享平台线程，并不是所有虚拟线程都能在同一时刻并行运行。

真正同时运行多少任务，最终仍然受到 CPU 核心数和平台线程数量限制。虚拟线程的优势是让平台线程在其他任务等待 I/O 时不闲着。

四、如何创建虚拟线程？

Java 21 提供了多种创建虚拟线程的方式。

1.直接启动虚拟线程

public class VirtualThreadDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread thread = Thread.startVirtualThread(() -> { System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread()); }); thread.join(); } }

Thread.startVirtualThread()会创建并立即启动一个虚拟线程。

2.使用`Thread.ofVirtual()`

public class VirtualThreadBuilderDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread thread = Thread.ofVirtual() .name("order-task") .start(() -> System.out.println("处理订单")); thread.join(); } }

这种方式可以为虚拟线程设置名称，方便日志记录和问题排查。

3.使用虚拟线程执行器

在实际项目中，更常见的方式是使用Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()：

import java.util.concurrent.Executors; import java.util.stream.IntStream; public class VirtualThreadExecutorDemo { public static void main(String[] args) { try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> executor.submit(() -> { Thread.sleep(1_000); System.out.println("任务 " + i + " 执行完成"); return i; }) ); } } }

这段代码会为每个任务创建一个虚拟线程。虽然提交了 10,000 个任务，但并不意味着操作系统会创建 10,000 个线程。

虚拟线程执行器实现了AutoCloseable，离开try代码块时会等待已提交任务结束。

五、平台线程和虚拟线程的区别

对比项	平台线程	虚拟线程
管理者	操作系统为主	JVM 为主
与操作系统线程的关系	通常近似一对一	多个虚拟线程复用少量平台线程
创建成本	较高	较低
内存占用	较大	较小，并可按需增长
可创建数量	相对有限	可以创建非常多
是否需要线程池复用	通常需要	通常不需要
适合场景	通用，尤其是固定数量的计算任务	大量并发、阻塞式 I/O 任务

这里的“可以创建非常多”不等于完全没有成本。每个虚拟线程仍然需要保存自己的状态，创建数量最终仍受可用内存等资源限制。

六、虚拟线程适合哪些场景？

虚拟线程特别适合任务数量多，而且任务经常等待 I/O 的场景。

适合的场景

Web 请求处理
JDBC 数据库查询
HTTP、RPC 远程调用
文件读写
消息消费
大量需要等待结果的独立任务

例如一个订单接口需要依次查询数据库、调用库存服务和支付服务，大部分时间都在等待外部结果，这种场景很适合虚拟线程。

不会明显受益的场景

视频编码
图片压缩
密码计算
大规模数学运算
其他长时间占用 CPU 的任务

如果任务一直在计算，没有阻塞等待，虚拟线程就没有机会卸载并让出平台线程。

例如一台机器只有 8 个 CPU 核心，即使创建 10 万个虚拟线程执行纯计算，也不可能让 10 万个任务真正同时计算。任务反而可能因为频繁调度而变慢。

所以要记住：

虚拟线程解决的是“线程被大量等待占住”的问题，不是“CPU 不够快”的问题。

七、虚拟线程常见误区

误区 1：虚拟线程比普通线程执行得更快

不准确。执行同一段纯计算代码时，虚拟线程不一定更快。它的优势是等待 I/O 时可以释放载体线程，从而提高系统吞吐量。

误区 2：有了虚拟线程，就不需要数据库连接池

不正确。数据库连接本身是昂贵且有限的资源，仍然需要连接池管理。

误区 3：虚拟线程数量没有上限

不正确。虚拟线程很轻，但仍然会占用内存和 JVM 管理资源，只是可创建数量通常远高于平台线程。

误区 4：虚拟线程等于异步编程

不完全相同。

虚拟线程允许开发者继续使用容易理解的同步阻塞代码：

User user = userService.findById(id); List<Order> orders = orderService.findByUserId(id); return new UserDetail(user, orders);

代码看起来仍然是从上往下执行的，但线程在等待 I/O 时，JVM 可以在底层调度其他虚拟线程。

它的价值之一，就是在获得高并发能力的同时，避免把业务代码写成大量回调或复杂的异步调用链。

八、Java 21 的其他常用新特性

除了虚拟线程，Java 21 还有几个值得了解的正式特性。

1.`switch`模式匹配

可以直接根据对象类型进行分支判断：

static String format(Object value) { return switch (value) { case Integer i -> "整数：" + i; case String s -> "字符串：" + s; case null -> "空值"; default -> "其他类型"; }; }

相比连续使用多个if instanceof，代码更加清晰。

2. 记录模式

可以直接拆解record中的数据：

record Point(int x, int y) {} static void print(Object value) { if (value instanceof Point(int x, int y)) { System.out.println("x=" + x + ", y=" + y); } }

3. 顺序集合

Java 21 新增了SequencedCollection、SequencedSet和SequencedMap，统一提供首元素、尾元素和反向视图等操作：

List<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C")); list.addFirst("Start"); list.addLast("End"); System.out.println(list.getFirst()); System.out.println(list.getLast()); System.out.println(list.reversed());