04小节：虚拟线程能取代动态线程池吗？

作者：程序员马丁

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虚拟线程能取代动态线程池吗？元数据信息：

什么是线程池oneThread：https://t.zsxq.com/5GfrN
代码仓库：https://gitcode.net/nageoffer/onethread —— 申请项目权限参考上述线程池项目链接
章节难度：★★★☆☆ - 较难
视频地址：类似于博客讲解，无

内容摘要：自从 Go 进入大众视野以来，其协程特性带来的并发能力一直备受推崇。相比之下，Java 在这方面一度显得力不从心，几乎被“按在地上摩擦”。所幸，随着 JDK 19 到 21 推出了虚拟线程，Java 在并发领域迎来了重要的技术革新，也为自己扳回了一局。

很多同学可能会疑惑：在 JDK 引入虚拟线程之后，动态线程池是否还有存在的必要？本文将围绕虚拟线程与线程池（动态）展开讨论，分析虚拟线程的优缺点，并探讨线程池（动态）在实际场景中的应用价值。

为确保严谨性，本文章发布时间为 2025-07-06，JDK 最高调研到 21。

课程目录如下所示：

背景概要
什么是虚拟线程？
虚拟线程 vs 动态线程池
Web 容器如何关联虚拟线程？
虚拟线程的缺点
常见问题答疑
巨人的肩膀
文末总结

本文中有不少内容借助了 AI 生成，但整体框架和观点，都是我在查阅几十篇文章、结合自己的实战经验以及各大厂的文章说明后，整理和总结出来的。

背景概要

Java 传统的并发模型是一请求一线程（Thread-per-request），每个 java.lang.Thread 对应一个操作系统线程（平台线程），每个线程占用约 1MB 栈空间。在高并发场景下，线程数受到内存和操作系统线程数量的限制，一旦线程数过多就会耗尽资源，线程创建的成本很高，不能“无限”增加。同时，随着 CPU 调度的线程数增加，会导致更严重的资源争用，宝贵的 CPU 资源被损耗在上下文切换上。

为此，开发者常使用线程池复用线程，来减少创建和销毁的开销。但静态配置的线程池大小难以调优：线程太多会浪费内存，线程太少又会导致吞吐率下降。传统线程池还缺乏运行时的监控和告警机制，线程阻塞时难以定位问题。

为了解决这些问题，出现了动态线程池框架（如 Hippo4j）。它通过运行时动态调整参数、监控告警等手段，来增强线程池的能力。不过，它的底层仍依赖平台线程，性能瓶颈依然存在。

面对这些挑战，Java 21（19 中首次作为预览版本出现）引入了虚拟线程（Virtual Threads），期望以轻量级的线程实现大规模并发。

一句话总结：为了突破传统平台线程在内存占用、上下文切换以及线程池参数难以评估的瓶颈，Java 引入了虚拟线程，以更轻量的方式实现高并发，解决“一请求一线程”模式下资源消耗过大的问题。

什么是虚拟线程？

1. 基本概念

Java 平台引入的虚拟线程是一种由 JVM 管理的轻量级线程实现。它依然是 java.lang.Thread 的实例，但不再一一对应 OS 线程；当虚拟线程执行阻塞操作（如 I/O、Thread.sleep 等）时，JVM 会自动将其挂起并释放底层的 OS 线程供其他虚拟线程使用。虚拟线程具有以下特性：创建/销毁开销极低、内存占用少（栈空间通常只有几百字节，存放于 Java 堆中）；**可支持数百万级别的并发线程；**与现有线程 API 完全兼容，迁移现有代码无需大幅改动。官方文档将其描述为“轻量级线程，可以降低编写高吞吐并发应用的难度”。

虚拟线程的底层实现基于 Project Loom 的“continuation”机制。

Loom 是 OpenJDK 的一个官方项目，旨在在 Java 平台上引入更轻量的并发模型。很多人会把两者混为一谈，但严格来说 Loom → 一个项目，包含虚拟线程、continuations、structured concurrency 等一揽子技术。虚拟线程是 Project Loom 里最核心、最先落地的成果。

简单理解：最早 loom 是单独的项目，实现效果非常哇塞，后面就被直接并购进 JDK 内部实现啦。

Continuation（有限定的协程，可类比 Go 中的协程）可以在执行过程中自行挂起和恢复，类似于将线程的调用栈保存到堆上，当线程阻塞时挂起，待事件完成时从堆中恢复执行。这种设计使得虚拟线程与平台线程不同：平台线程始终占用一个独立的 OS 线程，而虚拟线程则是多对一调度（M:N 模式），大量虚拟线程可以映射到少量 OS 线程上执行。当虚拟线程遇到阻塞时，它被从底层线程上卸载（非阻塞态），释放 OS 线程去执行其它虚拟线程，从而避免了操作系统级的上下文切换开销。此外，虚拟线程仍支持线程局部变量（ThreadLocal）等特性，以保证兼容性。

图片引用自得物技术文章虚拟线程原理及性能分析。

与平台线程（平常大家使用的线程 Thread）相比，虚拟线程的主要区别包括：

调度关系： 平台线程是一种轻包装的 OS 线程，任何时候都会独占一个内核线程；虚拟线程不固定绑定 OS 线程，多对一共享执行。
内存占用： 平台线程需要较大的栈（默认约1MB），启动时开销显著；虚拟线程的栈初始只有几百字节且可按需扩展，内存开销极低。因此 JVM 可以同时创建和管理数以百万计的虚拟线程。
适用场景： 虚拟线程适合处理大量阻塞型/IO 密集型任务，因为挂起一个虚拟线程不会阻塞底层 OS 线程；而对于CPU 密集型任务，虚拟线程并不会带来速度提升，它与平台线程执行速度相当。
兼容性： 虚拟线程完全兼容 Thread 和 Executors API，已有多线程代码几乎无需改动即可运行在虚拟线程上。现有的调试与诊断工具（如 jstack）也可以识别和显示虚拟线程。

虚拟线程并不是传统意义上完全独立的线程，而是由 JDK 的调度器管理，并在底层由线程池（如默认的 ForkJoinPool）承载执行任务。传统情况下，如果线程在阻塞操作（比如 I/O）时，会一直占用操作系统线程，既消耗内存栈空间，又浪费宝贵的并发资源。而实际上，这段等待的时间完全可以被用来处理其他任务。类似 Netty 的事件驱动模型通过非阻塞 I/O 实现了对资源的高效利用，而虚拟线程则通过挂起和恢复栈帧，让阻塞式编程在高并发场景下重新变得可行，从而应运而生。

2. 简单示例

下面是一个简单示例，展示如何在 JDK21 中创建并启动虚拟线程：

public class TestVirtualThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建虚拟线程的几种方式

        // 方式1: 使用Thread.ofVirtual()
        Thread.ofVirtual()
                .start(() -> System.out.println("Running in virtual thread: " + Thread.currentThread()));

        // 方式2: 使用Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            executor.submit(() -> System.out.println("Task in virtual thread: " + Thread.currentThread()));
        }

        // 方式3: 直接启动
        Thread.startVirtualThread(() -> {
            System.out.println("Simple virtual thread: " + Thread.currentThread());
        });
    }
}

以上代码中，Thread.ofVirtual() 和 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor() 会创建虚拟线程来执行任务，调用 join() 或 Future.get() 可以等待任务完成。

可以看输出日志，进一步印证 ForkJoinPool 理论：

Running in virtual thread: VirtualThread[#22]/runnable@ForkJoinPool-1-worker-1
Task in virtual thread: VirtualThread[#25]/runnable@ForkJoinPool-1-worker-1
Simple virtual thread: VirtualThread[#26]/runnable@ForkJoinPool-1-worker-1

虚拟线程 vs 动态线程池

1. 创建成本

在创建成本方面，虚拟线程的开销非常低：创建一个虚拟线程仅需少量资源，可以瞬时创建成千上万的线程；而动态线程池使用的仍然是平台线程（OS 线程），启动时需要较大的栈空间和系统调用，开销较高。不过动态线程池在应用启动时通常已经创建好一定数量的线程，并在运行时复用它们，这样后续提交任务时无需反复创建销毁线程，摊薄了创建成本。

2. 调度效率

在调度效率方面，虚拟线程由 JVM 调度。当虚拟线程遇到阻塞操作时，它被挂起并释放底层 OS 线程，让其他虚拟线程继续运行。这意味着在 I/O 密集型场景下，虚拟线程可以显著提高并发度，因为一个线程的阻塞不会影响其他线程运行。而动态线程池的线程属于平台线程，一旦执行阻塞调用，该线程就被占用无法执行其他任务（只能通过增加线程池规模来提升吞吐）。因此虚拟线程在高并发阻塞场景下的上下文切换成本几乎为零，而平台线程池中的线程切换需要依赖操作系统，开销更大。

3. 资源占用

在资源占用方面，虚拟线程单个实例占用内存极少（几 KB 级别的栈），因此即使同时存在上百万个虚拟线程，也只消耗少量内存。平台线程每个通常占用约1MB栈空间，若线程池规模很大，则内存消耗巨大。动态线程池的线程数量可动态调整，但底层仍是平台线程，其每个线程固定内存开销不可避免。此外，动态线程池还维护任务队列和监控数据，这些也占用一定内存和 CPU 资源。

4. 使用复杂度

在使用复杂度方面，虚拟线程的编程模型与传统线程基本相同，开发者只需将 Thread.ofVirtual() 或 newVirtualThreadPerTaskExecutor() 替换原有线程池/线程创建代码即可，无需额外库或复杂配置。而使用动态线程池则需引入第三方框架（如 Hippo4j、oneThread 等）并进行配置中心或服务部署，同时编写配置文件或代码来管理线程池参数，学习成本和运维成本较高。

虚拟线程在 JDK21+ 环境下可直接使用，旧版本（JDK 19/20）则需要开启预览特性；动态线程池对 JDK 版本没有特殊要求，但需要额外的框架依赖和运行环境。

5. 调试与观测性

在调试与可观测性方面，虚拟线程可以借助现有的 Java 调试工具进行跟踪。例如，jstack 或 IDE 调试都能看到虚拟线程信息。由于虚拟线程不使用统一的任务队列，无法像线程池那样监控队列长度或活跃线程数等指标；但可以通过第三方埋点或 JVM 提供的线程 MXBean 查询当前活跃虚拟线程数。相比之下，动态线程池（以 Hippo4j 为例）提供了可视化控制台和报警系统，可实时查看每个线程池的运行状态、线程数、任务队列长度等信息。Hippo4j 还支持将线程池运行时数据推送到 Prometheus、InfluxDB 等监控系统，便于建立告警和趋势分析。总的来说，动态线程池在可观测性和运维支持方面更为丰富，而虚拟线程则偏向于简化开发、提升吞吐。

Web 容器如何关联虚拟线程？

1. Tomcat 如何启动虚拟线程？

网上很多举例都是错的，包括很多 AI 也是在胡言乱语。

我是通过 JDK21 和 SpringBoot 3.2.0 尝试，加上下述配置，将 SpringBoot Tomcat 虚拟线程启动成功。

spring:
  threads:
    virtual:
      enabled: true

可以创建一个简单的 Controller，在其中打印当前线程的信息。虚拟线程的名称和类型与传统的平台线程有明显区别。

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class ThreadInfoController {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ThreadInfoController.class);

    @GetMapping("/hello-virtual")
    public void getThreadInfo() {
        // Thread.currentThread() 会返回当前线程的引用
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        String threadInfo = "Response from thread: " + currentThread;
        
        // isVirtual() 方法可以明确判断是否为虚拟线程
        boolean isVirtual = currentThread.isVirtual();

        log.info(threadInfo);
        log.info("Is this a virtual thread? {}", isVirtual);
    }
}

控制台看到类似以下的日志：

2025-07-06T16:13:47.190+08:00  INFO 18047 --- [omcat-handler-0] c.n.t.v.ThreadInfoController             : Response from thread: VirtualThread[#53,tomcat-handler-0]/runnable@ForkJoinPool-1-worker-1
2025-07-06T16:13:47.191+08:00  INFO 18047 --- [omcat-handler-0] c.n.t.v.ThreadInfoController             : Is this a virtual thread? true

线程名以 VirtualThread 开头，并且 isVirtual() 返回 true。

2. 虚拟线程和工作线程关系

在 SpringBoot 3.2.0 中，没有较多说明如果配置了虚拟线程，默认 Web 容器的工作线程数量是否还有效？比如下面这个配置：

server:
  tomcat:
    threads:
      max: 200
      min-spare: 10

后续我又把 SpringBoot 版本升级到了 3.5.0，配置属性说明中增加了描述：

{
  "name": "server.tomcat.threads.max",
  "type": "java.lang.Integer",
  "description": "Maximum amount of worker threads. Doesn't have an effect if virtual threads are enabled.",
  "sourceType": "org.springframework.boot.autoconfigure.web.ServerProperties$Tomcat$Threads",
  "defaultValue": 200
}
{
  "name": "server.tomcat.threads.min-spare",
  "type": "java.lang.Integer",
  "description": "Minimum amount of worker threads. Doesn't have an effect if virtual threads are enabled.",
  "sourceType": "org.springframework.boot.autoconfigure.web.ServerProperties$Tomcat$Threads",
  "defaultValue": 10
}

大致意思是：一旦启用了虚拟线程，Tomcat 的这两个线程相关参数就会失效。

不过虽然目前已经对虚拟线程的机制有了初步认识，但仍存在一些疑问，比如虚拟线程毕竟运行在平台线程之上，默认情况下 Web 容器虚拟线程和业务代码中的虚拟线程是否可能混用平台线程？这一点目前还没有深入验证，后续可以再细看相关实现。

3. Web 容器配置规范思考

其实这里我还有点小疑惑：为什么 Tomcat、Jetty 等 Web 容器的虚拟线程开关，要放在 spring 前缀的配置里？官方文档里暂时没看到特别明确的解释。

我能想到的可能原因，是 SpringBoot 想做 统一管理、简化配置、保持一致性。毕竟 SpringBoot 一直主张“约定优于配置”，把虚拟线程当作一种应用层的能力，而不仅仅是容器里的底层细节，也就不奇怪了。

不过因为还得忙别的资料，我还没仔细去研究这块源码。有兴趣的小伙伴可以去挖一挖，说不定能找到更深入的答案。

04小节：虚拟线程能取代动态线程池吗？

背景概要

什么是虚拟线程？

1. 基本概念

2. 简单示例

虚拟线程 vs 动态线程池

1. 创建成本

2. 调度效率

3. 资源占用

4. 使用复杂度

5. 调试与观测性

Web 容器如何关联虚拟线程？

1. Tomcat 如何启动虚拟线程？

2. 虚拟线程和工作线程关系

3. Web 容器配置规范思考

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Table of Contents

背景概要​

什么是虚拟线程？​

1. 基本概念​

2. 简单示例​

虚拟线程 vs 动态线程池​

1. 创建成本​

2. 调度效率​

3. 资源占用​

4. 使用复杂度​

5. 调试与观测性​

Web 容器如何关联虚拟线程？​

1. Tomcat 如何启动虚拟线程？​

2. 虚拟线程和工作线程关系​

3. Web 容器配置规范思考​

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背景概要

什么是虚拟线程？

1. 基本概念

2. 简单示例

虚拟线程 vs 动态线程池

1. 创建成本

2. 调度效率

3. 资源占用

4. 使用复杂度

5. 调试与观测性

Web 容器如何关联虚拟线程？

1. Tomcat 如何启动虚拟线程？

2. 虚拟线程和工作线程关系

3. Web 容器配置规范思考

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