Java21上手體驗-分代ZGC和虛擬執行緒

帶你聊技術發表於2023-12-11
JavaGC執行緒

一、導語

幾天前Oracle剛剛釋出了Java21，
由於這是最新的LTS版本，引起了大家的關注。
我也第一時間在個人專案中進行了升級體驗。

一探究竟，和大家分享。

二、Java21更新內容介紹

官方release公告：

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

開源中國介紹：

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

新特性一覽：

  • JEP 431：序列集合

  • JEP 439：分代 ZGC

  • JEP 440：記錄模式

  • JEP 441：switch 模式匹配

  • JEP 444：虛擬執行緒

  • JEP 449：棄用 Windows 32 位 x86 移植

  • JEP 451：準備禁止動態載入代理

  • JEP 452：金鑰封裝機制 API

  • JEP 430：字串模板（預覽）

  • JEP 442：外部函式和記憶體 API（第三次預覽）

  • JEP 443：未命名模式和變數（預覽）

  • JEP 445：未命名類和例項主方法（預覽）

  • JEP 446：作用域值（預覽）

  • JEP 453：結構化併發（預覽）

  • JEP 448：Vector API（孵化器第六階段）

其中大家比較關注的是分代 ZGC和虛擬執行緒。

三、開箱

下載地址：

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

對比17

邊框由不鏽鋼升級為鈦金屬
目錄結構一致：
image.png

模組數量比17少一個：
image.png

整體大小從289MB增加到了320MB

四、升級體驗

下載

更新pom

image.png

嘗試執行

執行報錯：
java.lang.NoSuchFieldError: Class com.sun.tools.javac.tree.JCTree$JCImport does not have member field 'com.sun.tools.javac.tree.JCTree qualid'
解決辦法：
升級lombok至1.18.30

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

相容性檢查：

由於我的專案以前用的JDK17，本次升級相容性良好，只發現了一處：
系統托盤中 使用了PopupMenu，出現了字符集問題：
image.png

五、分代ZGC體驗

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

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

效能測試參考：

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

JVM引數：-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational

使用Java21，未使用ZGC

MooInfo記憶體佔用檢視
image.png
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使用Java21，使用分代ZGC

MooInfo記憶體佔用檢視
image.png
image.png
以上只是初步體驗，關於ZGC的更多內容，如詳細的分代回收情況後續進一步探索。

以上記憶體佔用檢視使用我之前做的一個工具，MooInfo：
https://github.com/rememberber/MooInfo

六、虛擬執行緒探索

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

虛擬執行緒是輕量級執行緒，可以減少編寫、維護和除錯高吞吐量併發應用程式的工作量。

Oracle介紹原文：

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

平臺執行緒

Oracle官方文件的機器翻譯：

平臺執行緒是作為作業系統(OS)執行緒的瘦包裝器實現的。
平臺執行緒在其底層作業系統執行緒上執行Java程式碼，平臺執行緒在平臺執行緒的整個生命週期內捕獲其作業系統執行緒。
因此，可用平臺執行緒的數量受限於作業系統執行緒的數量。
平臺執行緒通常有一個大的執行緒堆疊和其他由作業系統維護的資源。
平臺執行緒支援執行緒區域性變數。
平臺執行緒適合執行所有型別的任務，但可能是有限的資源。

虛擬執行緒

Oracle官方文件的機器翻譯：

與平臺執行緒一樣，虛擬執行緒也是 java.lang.Thread 的一個例項。
但是，虛擬執行緒並不依賴於特定的作業系統執行緒。
虛擬執行緒仍然在作業系統執行緒上執行程式碼。
但是，當虛擬執行緒中執行的程式碼呼叫阻塞 I/O 操作時，Java 執行時會掛起虛擬執行緒，直到可以恢復為止。
與掛起的虛擬執行緒關聯的作業系統執行緒現在可以自由地為其他虛擬執行緒執行操作。

實現原理

虛擬執行緒的實現方式與虛擬記憶體類似。
為了模擬大量記憶體，作業系統將較大的虛擬地址空間對映到有限的 RAM。
同樣，為了模擬大量執行緒，Java執行時將大量虛擬執行緒對映到少量作業系統執行緒。

與平臺執行緒不同，虛擬執行緒通常具有淺呼叫堆疊，只執行單個 HTTP 客戶端呼叫或單個 JDBC 查詢。
儘管虛擬執行緒支援執行緒區域性變數，但您應該仔細考慮使用它們，因為單個 JVM 可能支援數百萬個虛擬執行緒。

虛擬執行緒適合執行大部分時間處於阻塞狀態、通常等待 I/O 操作完成的任務。
但是，它們不適用於長時間執行的 CPU 密集型操作。

虛擬執行緒用法

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文件的用法，實際使用時我發現還可以這樣：

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

平臺執行緒和虛擬執行緒對比測試

為了測試對比，我建了一個專案

image.png

初步對比，和官網描述一致，計算密集型場景差別不大，IO密集型場景有明顯改善：
虛擬執行緒100個，IO讀檔案

平臺執行緒100個，IO讀檔案

虛擬執行緒100個，Get請求百度首頁

平臺執行緒100個，Get請求百度首頁

但是由於是本地測試，且用例比較簡陋，無法完全得出準確結論。
日後大家有實際IO密集性多執行緒場景可以實際感受下。

執行緒池？忘了它吧

開發人員通常會將應用程式程式碼從基於執行緒池的傳統 ExecutorService 遷移到虛擬執行緒每任務 ExecutorService。
執行緒池和所有資源池一樣，旨在共享昂貴的資源，
但虛擬執行緒並不昂貴，而且永遠不需要將它們池化。

七、一顆語法糖？Java21 新特性：Record Patterns

一個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);
    }
}

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

作者：京東科技 周波

來源：京東雲開發者社群  轉載請註明來源

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