Java21上手体验-分代ZGC和虚拟线程

一、导语

几天前Oracle刚刚发布了Java21，
由于这是最新的LTS版本，引起了大家的关注。
我也第一时间在个人项目中进行了升级体验。

一探究竟，和大家分享。

二、Java21更新内容介绍

官方release公告：

https://jdk.java.net/21/release-notes

开源中国介绍：

https://my.oschina.net/waylau/blog/10112170

新特性一览：

• JEP 431：序列集合

• JEP 439：分代 ZGC

• JEP 440：记录模式

• JEP 441：switch 模式匹配

• JEP 444：虚拟线程

• JEP 449：弃用 Windows 32 位 x86 移植

• JEP 451：准备禁止动态加载代理

• JEP 452：密钥封装机制 API

• JEP 430：字符串模板（预览）

• JEP 442：外部函数和内存 API（第三次预览）

• JEP 443：未命名模式和变量（预览）

• JEP 445：未命名类和实例主方法（预览）

• JEP 446：作用域值（预览）

• JEP 453：结构化并发（预览）

• JEP 448：Vector API（孵化器第六阶段）

其中大家比较关注的是分代 ZGC和虚拟线程。

三、开箱

下载地址：

OpenJDK 版本：https://jdk.java.net/21/
Oracle 版本：https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/

对比17

边框由不锈钢升级为钛金属
目录结构一致：

模块数量比17少一个：

整体大小从289MB增加到了320MB

四、升级体验

下载

更新pom

尝试运行

运行报错：
java.lang.NoSuchFieldError: Class com.sun.tools.javac.tree.JCTree$JCImport does not have member field 'com.sun.tools.javac.tree.JCTree qualid'
解决办法：
升级lombok至1.18.30

原因：https://github.com/projectlombok/lombok/issues/3393

兼容性检查：

由于我的项目以前用的JDK17，本次升级兼容性良好，只发现了一处：
系统托盘中 使用了PopupMenu，出现了字符集问题：

五、分代ZGC体验

ZGC在之前的JDK版本中也有，这次的分代ZGC更是被大家看好，官方的介绍如下：

Applications running with Generational ZGC should enjoy:

Lower risks of allocations stalls,
Lower required heap memory overhead, and
Lower garbage collection CPU overhead.
Enable Generational ZGC with command line options -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational

性能测试参考：

https://inside.java/2023/09/03/roadto21-performance/

JVM参数：-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational

使用Java21，未使用ZGC

MooInfo内存占用查看

使用Java21，使用分代ZGC

MooInfo内存占用查看


以上只是初步体验，关于ZGC的更多内容，如详细的分代回收情况后续进一步探索。

以上内存占用查看使用我之前做的一个工具，MooInfo：
https://github.com/rememberber/MooInfo

六、虚拟线程探索

Virtual threads are lightweight threads that reduce the effort of writing, maintaining, and debugging high-throughput concurrent applications.

虚拟线程是轻量级线程，可以减少编写、维护和调试高吞吐量并发应用程序的工作量。

Oracle介绍原文：

https://docs.oracle.com/en/java/javase/20/core/virtual-threads.html#GUID-DC4306FC-D6C1-4BCC-AECE-48C32C1A8DAA

平台线程

Oracle官方文档的机器翻译：

平台线程是作为操作系统(OS)线程的瘦包装器实现的。
平台线程在其底层操作系统线程上运行Java代码，平台线程在平台线程的整个生命周期内捕获其操作系统线程。
因此，可用平台线程的数量受限于操作系统线程的数量。
平台线程通常有一个大的线程堆栈和其他由操作系统维护的资源。
平台线程支持线程局部变量。
平台线程适合运行所有类型的任务，但可能是有限的资源。

虚拟线程

Oracle官方文档的机器翻译：

与平台线程一样，虚拟线程也是 java.lang.Thread 的一个实例。
但是，虚拟线程并不依赖于特定的操作系统线程。
虚拟线程仍然在操作系统线程上运行代码。
但是，当虚拟线程中运行的代码调用阻塞 I/O 操作时，Java 运行时会挂起虚拟线程，直到可以恢复为止。
与挂起的虚拟线程关联的操作系统线程现在可以*地为其他虚拟线程执行操作。

实现原理

虚拟线程的实现方式与虚拟内存类似。
为了模拟大量内存，操作系统将较大的虚拟地址空间映射到有限的 RAM。
同样，为了模拟大量线程，Java运行时将大量虚拟线程映射到少量操作系统线程。

与平台线程不同，虚拟线程通常具有浅调用堆栈，只执行单个 HTTP 客户端调用或单个 JDBC 查询。
尽管虚拟线程支持线程局部变量，但您应该仔细考虑使用它们，因为单个 JVM 可能支持数百万个虚拟线程。

虚拟线程适合运行大部分时间处于阻塞状态、通常等待 I/O 操作完成的任务。
但是，它们不适用于长时间运行的 CPU 密集型操作。

虚拟线程用法

Thread thread = Thread.ofVirtual().start(() -> System.out.println("Hello"));
thread.join();

或者

        try {
            Thread.Builder builder = Thread.ofVirtual().name("MyThread");
            Runnable task = () -> {
                System.out.println("Running thread");
            };
            Thread t = builder.start(task);
            System.out.println("Thread t name: " + t.getName());
            t.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

或者

public class CreateNamedThreadsWithBuilders {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            Thread.Builder builder =
                Thread.ofVirtual().name("worker-", 0);

            Runnable task = () -> {
                System.out.println("Thread ID: " +
                    Thread.currentThread().threadId());
            };            

            // name "worker-0"
            Thread t1 = builder.start(task);   
            t1.join();
            System.out.println(t1.getName() + " terminated");

            // name "worker-1"
            Thread t2 = builder.start(task);   
            t2.join();  
            System.out.println(t2.getName() + " terminated");
            
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

或者

        try (ExecutorService myExecutor =
            Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            Future<?> future =
                myExecutor.submit(() -> System.out.println("Running thread"));
            future.get();
            System.out.println("Task completed");
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }   

以上是Java20文档的用法，实际使用时我发现还可以这样：

 Thread.startVirtualThread(() -> {
                // do something
               
            });

平台线程和虚拟线程对比测试

为了测试对比，我建了一个项目

初步对比，和官网描述一致，计算密集型场景差别不大，IO密集型场景有明显改善：
虚拟线程100个，IO读文件

平台线程100个，IO读文件

虚拟线程100个，Get请求百度首页

平台线程100个，Get请求百度首页

但是由于是本地测试，且用例比较简陋，无法完全得出准确结论。
日后大家有实际IO密集性多线程场景可以实际感受下。

线程池？忘了它吧

开发人员通常会将应用程序代码从基于线程池的传统 ExecutorService 迁移到虚拟线程每任务 ExecutorService。
线程池和所有资源池一样，旨在共享昂贵的资源，
但虚拟线程并不昂贵，而且永远不需要将它们池化。

七、一颗语法糖？Java21 新特性：Record Patterns

一个例子感受一下新特性：Record Patterns
before：

static void printSum(Object obj) {
    if (obj instanceof Point p) {
        int x = p.x();
        int y = p.y();
        System.out.println(x+y);
    }
}

after:

static void printSum(Object obj) {
    if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
        System.out.println(x+y);
    }
}

参考：https://my.oschina.net/didispace/blog/10112428

作者：京东科技 周波

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