JDK21-虚拟线程(原理)

一、先给结论

虚拟线程不是不运行在 OS 线程上，而是：
只在“真正需要 CPU 时”才短暂占用 OS 线程。
在 IO 等待时，JVM 会把它“卸载”下来。

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二、为什么传统线程一定占用 OS 线程？

1️⃣ Java 线程 = OS 线程（1:1）

在 Java 21 之前：

JavaThread<==>OSThread

当你写：

Threadt=newThread(()->httpCall());t.start();

本质是：

• JVM 调用pthread_create
• 创建一个真实的内核线程
• 栈、调度、阻塞全交给操作系统

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2️⃣ OS 不懂“这是 IO 等待”

当线程调用：

socket.read();

操作系统只知道一件事：

“这个线程现在在等数据”

于是：

• OS 把线程状态设为BLOCKED
• 线程仍然存在
• 仍然占：
  • 内核线程结构
  • 栈内存
  • 调度成本

📌OS 无法把这个线程“拆掉”再给别人用

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三、虚拟线程是如何“骗过”操作系统的？

关键思想：

👉阻塞不交给 OS，而是交给 JVM

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1️⃣ 虚拟线程的真实结构

Virtual Thread（JVM对象） | |--- Continuation（可挂起的执行体） | |--- 运行在 ↓ Carrier Thread（少量 OS 线程）

Carrier Thread 才是真正的 OS 线程

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2️⃣ JVM 在关键 IO 点“插手”了

虚拟线程的核心魔法在这里👇

传统线程：

Thread | |-- socket.read() | |-- OS 阻塞线程

虚拟线程：

VirtualThread | |-- socket.read() | |-- JVM 拦截 | |-- 保存当前执行现场（Continuation） |-- 从 Carrier Thread 上卸载 |-- 把 Carrier Thread 还给调度器

📌OS 完全不知道有这么回事

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3️⃣ JVM 怎么知道“这是 IO”？

因为：

👉 JDK 的 IO 被“改造”了（关键）

以下 API 在虚拟线程下是可挂起的：

• Socket
• HttpClient
• InputStream / OutputStream
• Selector
• NIO

JDK 内部逻辑（简化）：

if(currentThread.isVirtual()){parkContinuation();}else{blockOSThread();}

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四、Continuation：真正的“黑科技”

1️⃣ 什么是 Continuation？

你可以理解为：

一个可以暂停 / 恢复的调用栈快照

它保存了：

• 当前方法栈
• 局部变量
• 执行位置

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2️⃣ 挂起时发生了什么？

┌──────────────┐ │ 方法 A │ │ 方法 B │ │ 方法 C <-- 当前执行点 └──────────────┘

JVM 做了：

1. 把这段执行栈复制到堆内存
2. 解绑当前 OS 线程
3. 标记为 WAITING

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3️⃣ 恢复时发生了什么？

当 IO 就绪：

1. JVM 选一个空闲 Carrier Thread
2. 把 Continuation 装回去
3. 从 C 方法继续执行

👉就像什么都没发生过

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五、为什么说“虚拟线程不占用 OS 线程”？

更准确的说法是：

**虚拟线程在“运行时”才占用 OS 线程
**在“等待时”不占用 OS 线程

对比：

状态	传统线程	虚拟线程
执行 CPU	占 OS 线程	占 OS 线程
等 IO	仍占 OS 线程	❌ 不占
空闲	占	不占

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六、这就是为什么并发能暴涨 100 倍

假设：

• OS 线程池：200
• IO 等待时间：95%

传统模型：

200 个线程 ≈ 190 个在等 IO ≈ 10 个在干活

虚拟线程模型：

200 个 Carrier Thread + 100,000 个 Virtual Thread ≈ 99,500 个在挂起 ≈ 500 个随时可运行

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七、为什么你“几乎不用改代码”？

因为：

• 同步 API 没变
• try/catch 没变
• ThreadLocal 可用
• JDBC / HTTPClient 可用

JVM在你看不到的地方做了调度革命。