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性能提升 200% !SpringBoot 虚拟线程来了|环球滚动

在以往的项目中,我们面临了这样一种情况:我们收到了数千个认证请求。为了确保安全性,我们依靠第三方系统发送短信 OTP 进行验证。然而,有时候第三方系统花费的时间比预期的要长,导致延迟。我们采用了每个请求一个线程的模型,这意味着许多线程处于等待状态,并且新请求都在队列中。我们试图通过微调线程数量来优化性能,但当时我们希望有虚拟线程功能。当时 Java 中没有虚拟线程的概念,这就是 Project Loom 的作用。

虚拟线程
什么是 Project Loom?

什么是 Project Loom?这是 Oracle 的一个新项目,主要目标是显著减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。换句话说,Project Loom 旨在支持和推进一个高吞吐量、轻量级的 Java 并发模型,因为传统的操作系统线程(Java 并发模型的核心)有一些缺点,并且在计算上相当昂贵。反之,虚拟线程是更轻量级的线程,不与操作系统线程连接(由 JVM 管理)。这意味着虚拟线程是“每请求对应一个线程”编程的理想选择,可以创建大量的虚拟线程,而不会降低吞吐量。开发人员可以使用现有的 JDK 工具和技术快速排除故障、调试和分析并发应用程序,在发布的 Spring Boot 3.1 中可用。作为 Spring 开发者,了解虚拟线程的概念并理解它们在开发过程中的重要性非常关键。

如何使用虚拟线程Java 版本选择

Java 19 中引入的虚拟线程非常易于使用,笔者使用的 Mac M1 系列,这里选择 Azul Zulu 发行版 20.30.11 版本[1]


(相关资料图)

azul 20
创建测试项目

使用 Spring Initializer 或 IDE 创建项目。添加 spring-web 依赖项并添加元数据。(注意版本选择 SpringBoot 3.1 ,Java 20)

开启虚拟线程功能
默认报错

默认情况下, Java19 的虚拟线程功能是禁用状态的,需要通过相关 maven 编译配置开启。

org.springframework.bootspring-boot-maven-pluginorg.apache.maven.pluginsmaven-compiler-plugin--enable-preview

通过配置 bean 启用虚拟线程

@Bean?TomcatProtocolHandlerCustomizerthreadExecutorCustomizer()?{??return?protocolHandler?->protocolHandler.setExecutor(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());?}

这个 Bean 是一个自定义的 Tomcat 协议处理器,负责处理 Spring Boot 应用程序中传入的请求。这个自定义程序的目的是配置协议处理器使用的执行器。

在 threadExecutorCustomizer 方法内部,使用 Lambda 表达式来自定义协议处理器。protocolHandler 参数代表正在自定义的 Tomcat 协议处理器的实例。

在 Lambda 表达式中,调用 protocolHandler 对象的 setExecutor() 方法,用于为协议处理器设置执行器。执行器负责执行任务,例如处理传入的请求。

在这种情况下,使用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor() 方法创建一个新的使用虚拟线程的执行器。虚拟线程是轻量级线程,可以在单个操作系统线程中并发执行任务。这意味着可以同时执行多个任务,提高性能和资源利用率。

增加测试端点

@Slf4j@RequestMapping@RestControllerpublic?class?DemoController?{????@GetMapping("/")????public?String?demo()?{????????try?{????????????TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);????????}?catch?(InterruptedException?e)?{????????????log.error(e.getMessage());????????}????????return?"Current?Thread?Name:?"?+?Thread.currentThread();????}}

上手使用

我们可以通过 Thread.currentThread() API 获取当前请求线程的元信息,以判断虚拟线程是否已经正确开启。

性能测试对比100 线程测试不开启虚拟线程
吞吐量 300/s
开启虚拟线程
吞吐量 300/s
300 线程测试不开启虚拟线程
吞吐量 650/s
开启虚拟线程
吞吐量 950/s
500 线程测试不开启虚拟线程
吞吐量 650/s
开启虚拟线程
吞吐量 1500/s
图表输出总结

通过以上我们发现,在处理阻塞操作时,虚拟线程特别有益。随着并发请求数量的增加,虚拟线程的性能提升越来越明显。上述测试都是在未对 Spring Boot 项目进行调优和优化的情况下进行的。

参考资料[1]

Azul Zulu 发行版 20.30.11 版本: https://www.azul.com/downloads/?version=java-20-sts&os=macos&architecture=arm-64-bit&package=jdk#zulu

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