使用带虚拟线程的 Executor

1. 要点速览

你已经对 java.util.concurrent 包中的类有所了解，尤其是 ExecutorService。它就像一个“任务管理器”：你把工作提交给它（例如通过 submit()），它会自行决定何时以及由哪个线程来执行。通常其底层是固定大小的线程池，从而节省资源，不会为每个任务都新建线程。

然而，有了虚拟线程，一切都变了！现在可以豪横地做到：每个任务一个线程，而且不用担心 JVM 会因为“吃撑”而崩溃。

新方式：Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()

在 Java 21 中，出现了一种创建 ExecutorService 的新方式，它会为每个任务启动一个独立的虚拟线程：

ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

重要区别：

• 老的线程池（Executors.newFixedThreadPool、Executors.newCachedThreadPool）会因为操作系统线程开销高而限制并发任务数量。
• 新的虚拟 Executor 几乎不受限：每个任务都有其轻量级的虚拟线程。

简单示例

向虚拟 Executor 提交 10 个任务：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            int taskId = i; // 捕获用于 lambda 的变量
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is running in thread: " +
                        Thread.currentThread());
            });
        }

        executor.shutdown();
    }
}

发生了什么？
每个任务都会在自己的虚拟线程中启动，你会看到类似如下的输出：

Task 1 is running in thread: VirtualThread[#24]/runnable@ForkJoinPool-1-worker-1
...

2. 大规模并行：成千上万的任务——不成问题！

为了感受虚拟线程的威力，试着向 ExecutorService 提交不是 10，而是比如 100_000 个任务。在经典线程池中，这就像把大象塞进冰箱：JVM 会很快耗尽内存或变得非常卡顿。虚拟线程则完全不同！

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualExecutorMassiveDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        for (int i = 1; i <= 100_000; i++) {
            int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                // 作为示例——只睡眠 1 毫秒
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                // System.out.println("Task " + taskId + " done."); // 不打印，否则行数会太多！
            });
        }

        executor.shutdown();
    }
}

注意：向控制台输出 100_000 行是个坏主意：控制台会比虚拟线程更早“撑不住”。最好不要打印，或只打印前几条任务。

3. newVirtualThreadPerTaskExecutor 如何工作

简而言之：该 ExecutorService 会为你提交的每个任务创建一个新的虚拟线程。与固定大小的线程池不同，它没有任务队列和严格的并发线程数限制（除非受制于你的 JVM 与硬件）。

从架构上看：

• 虚拟线程会被“映射”到少量真正的操作系统（carrier）线程。
• JVM 会自行决定何时启动、挂起与恢复哪个虚拟线程。
• 如果线程被阻塞（例如读取文件或等待网络），JVM 可以“冻结”该虚拟线程，并释放 carrier 线程去处理其他任务。

4. 示例：使用 Future 处理结果

如果任务有返回结果，ExecutorService 会返回一个 Future 对象。这与普通线程的用法相同：

import java.util.concurrent.*;

public class VirtualExecutorWithResult {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        Future<String> future = executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(500);
            return "Hello from virtual thread!";
        });

        System.out.println("Result: " + future.get()); // 等待结果

        executor.shutdown();
    }
}

一切都很熟悉：可以提交有返回值的任务、通过 get() 等待结果，异常处理也与标准流程一致。

5. 正确关闭 Executor

务必记得关闭 ExecutorService，否则程序可能挂起（即便线程是虚拟的而非“真实的”）。

shutdown() 与 awaitTermination

executor.shutdown(); // 表示：不再接受新任务
executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES); // 等待所有任务完成（最多 1 分钟）

为什么这很重要？
如果不调用 shutdown()，虚拟线程可能会继续存活，即使 main() 执行完毕，程序也不会退出。这是新手常见错误。

6. 实用细节

对比：虚拟 Executor vs 经典线程池

与 Web 服务器集成

现代 Web 服务器（例如 Tomcat、Jetty、Undertow）已经开始支持虚拟线程。这意味着可以在单独的虚拟线程中处理每个 HTTP 请求，而无需担心在用户激增时“被淹没”。

优势：无需设计复杂的回调式异步方案和 CompletableFuture；代码更简单——可以编写熟悉的阻塞式代码，但应用依然具备良好的可扩展性。

大规模测试与压力仿真

虚拟线程非常适合用于需要“模拟”成千上万并发用户、请求或操作的测试。比如，一个测试向服务器发送 10_000 个并发请求，每个请求在其自己的虚拟线程中处理。

文件与网络连接的并行处理

如果应用处理大量文件或网络连接，可以让每个连接在单独的虚拟线程中处理，无需手动管理线程池。

7. 使用虚拟 Executor 的常见错误

错误 #1：忘记调用 shutdown()。 如果不关闭 Executor，程序将不会退出——虚拟线程仍会等待新任务。必要时请配合 awaitTermination(...) 使用。

错误 №2：把虚拟线程用于重型计算。 虚拟线程并不会加速完全占用 CPU 的任务。对于 CPU 密集型任务，最好使用固定大小的线程池（Executors.newFixedThreadPool），并仔细选择合适的大小。

错误 №3：忽略任务内部的异常。 如果任务抛出异常，它不会自动传到主线程——请通过 Future（方法 get()）处理，或在 lambda 内部使用 try/catch。

错误 №4：混淆旧语法/旧 JDK 版本与新特性。 请确认你使用的是正确的 JDK 版本（Java 21+），并确保 IDE 已配置支持虚拟线程。具体方法是 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()。

错误 №5：依赖 ThreadLocal 传递上下文。 虚拟线程经常被创建与销毁；ThreadLocal 的行为可能与预期不符。要传递上下文请使用 ScopedValue（Scoped Values；详见下一讲）。