性能提升 200% ！SpringBoot 虛擬線程來了

在以往的項(xiàng)目中，我們面臨了這樣一種情況：我們收到了數(shù)千個(gè)認(rèn)證請(qǐng)求。為了確保安全性，我們依靠第三方系統(tǒng)發(fā)送短信 OTP 進(jìn)行驗(yàn)證。然而，有時(shí)候第三方系統(tǒng)花費(fèi)的時(shí)間比預(yù)期的要長，導(dǎo)致延遲。我們采用了每個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程的模型，這意味著許多線程處于等待狀態(tài)，并且新請(qǐng)求都在隊(duì)列中。我們?cè)噲D通過微調(diào)線程數(shù)量來優(yōu)化性能，但當(dāng)時(shí)我們希望有虛擬線程功能。當(dāng)時(shí) Java 中沒有虛擬線程的概念，這就是 Project Loom 的作用。

什么是 Project Loom？

什么是 Project Loom？這是 Oracle 的一個(gè)新項(xiàng)目，主要目標(biāo)是顯著減少編寫、維護(hù)和觀察高吞吐量并發(fā)應(yīng)用程序的工作量。換句話說，Project Loom 旨在支持和推進(jìn)一個(gè)高吞吐量、輕量級(jí)的 Java 并發(fā)模型，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的操作系統(tǒng)線程（Java 并發(fā)模型的核心）有一些缺點(diǎn)，并且在計(jì)算上相當(dāng)昂貴。反之，虛擬線程是更輕量級(jí)的線程，不與操作系統(tǒng)線程連接（由 JVM 管理）。這意味著虛擬線程是“每請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程”編程的理想選擇，可以創(chuàng)建大量的虛擬線程，而不會(huì)降低吞吐量。開發(fā)人員可以使用現(xiàn)有的 JDK 工具和技術(shù)快速排除故障、調(diào)試和分析并發(fā)應(yīng)用程序，在發(fā)布的 Spring Boot 3.1 中可用。作為 Spring 開發(fā)者，了解虛擬線程的概念并理解它們?cè)陂_發(fā)過程中的重要性非常關(guān)鍵。

(資料圖片)

如何使用虛擬線程Java 版本選擇

Java 19 中引入的虛擬線程非常易于使用，筆者使用的 Mac M1 系列，這里選擇 Azul Zulu 發(fā)行版 20.30.11 版本^[1]

創(chuàng)建測(cè)試項(xiàng)目

使用 Spring Initializer 或 IDE 創(chuàng)建項(xiàng)目。添加 spring-web 依賴項(xiàng)并添加元數(shù)據(jù)。(注意版本選擇 SpringBoot 3.1 ,Java 20)

開啟虛擬線程功能

默認(rèn)情況下， Java19 的虛擬線程功能是禁用狀態(tài)的，需要通過相關(guān) maven 編譯配置開啟。

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

通過配置 bean 啟用虛擬線程

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

這個(gè) Bean 是一個(gè)自定義的 Tomcat 協(xié)議處理器，負(fù)責(zé)處理 Spring Boot 應(yīng)用程序中傳入的請(qǐng)求。這個(gè)自定義程序的目的是配置協(xié)議處理器使用的執(zhí)行器。

在 threadExecutorCustomizer 方法內(nèi)部，使用 Lambda 表達(dá)式來自定義協(xié)議處理器。protocolHandler 參數(shù)代表正在自定義的 Tomcat 協(xié)議處理器的實(shí)例。

在 Lambda 表達(dá)式中，調(diào)用 protocolHandler 對(duì)象的 setExecutor() 方法，用于為協(xié)議處理器設(shè)置執(zhí)行器。執(zhí)行器負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)，例如處理傳入的請(qǐng)求。

在這種情況下，使用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor() 方法創(chuàng)建一個(gè)新的使用虛擬線程的執(zhí)行器。虛擬線程是輕量級(jí)線程，可以在單個(gè)操作系統(tǒng)線程中并發(fā)執(zhí)行任務(wù)。這意味著可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，提高性能和資源利用率。

增加測(cè)試端點(diǎn)

@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

我們可以通過 Thread.currentThread() API 獲取當(dāng)前請(qǐng)求線程的元信息，以判斷虛擬線程是否已經(jīng)正確開啟。

性能測(cè)試對(duì)比100 線程測(cè)試不開啟虛擬線程

開啟虛擬線程

300 線程測(cè)試不開啟虛擬線程

開啟虛擬線程

500 線程測(cè)試不開啟虛擬線程

開啟虛擬線程

圖表輸出總結(jié)

通過以上我們發(fā)現(xiàn)，在處理阻塞操作時(shí)，虛擬線程特別有益。隨著并發(fā)請(qǐng)求數(shù)量的增加，虛擬線程的性能提升越來越明顯。上述測(cè)試都是在未對(duì) Spring Boot 項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)優(yōu)和優(yōu)化的情況下進(jìn)行的。

參考資料[1]

Azul Zulu 發(fā)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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