Java 上進(jìn)了，JDK21 要來(lái)了，并發(fā)編程再也不是噩夢(mèng)了
大家好，我是一個(gè)即將退役的碼農(nóng)
之前寫過(guò) 新項(xiàng)目為什么決定用 JDK 17了，還沒(méi)過(guò)多久，JDK 21 馬上就出來(lái)了，看來(lái) Java 這幾年真的是長(zhǎng)進(jìn)了。
目前 Java 的最新穩(wěn)定版是 JDK 20，但這是個(gè)過(guò)渡版，JDK21就是 LTS 版的了，也快要發(fā)布了，在今年9月份（也就是2023年9月）就要正式發(fā)布了。
但是，猜都不用猜，你肯定還在用 Java 8 吧！
如果說(shuō)之前的 JDK17你還覺(jué)得沒(méi)必要折騰，那 JDK21確實(shí)有必要關(guān)注一下了。因?yàn)?JDK21 引入了一種新型的并發(fā)編程模式。
當(dāng)前 Java 中的多線程并發(fā)編程絕對(duì)是另我們都非常頭疼的一部分，感覺(jué)就是學(xué)起來(lái)難啃，用起來(lái)難用。但是轉(zhuǎn)頭看看使用其他語(yǔ)言的朋友們，根本就沒(méi)有這個(gè)煩惱嘛，比如 GoLang，感覺(jué)人家用起來(lái)就很絲滑呢。
JDK21 中就在這方面做了很大的改進(jìn)，讓Java并發(fā)編程變得更簡(jiǎn)單一點(diǎn)，更絲滑一點(diǎn)。確切的說(shuō)，在 JDK19或JDK20中就有這些改進(jìn)了。
那具體是什么呢？讓我們來(lái)具體來(lái)看一下。下面是JDK21的 Feature。
其中Virtual Threads、Scoped Values、Structured Concurrency就是針對(duì)多線程并發(fā)編程的幾個(gè)功能。我們今天也主要來(lái)說(shuō)一下他們。
虛擬線程（Virtual Threads）
虛擬線程是基于協(xié)程的線程，它們與其他語(yǔ)言中的協(xié)程具有相似之處，但也存在一些不同之處。
虛擬線程是依附于主線程的，如果主線程銷毀了，那虛擬線程也不復(fù)存在。
相同之處：
- 虛擬線程和協(xié)程都是輕量級(jí)的線程，它們的創(chuàng)建和銷毀的開(kāi)銷都比傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)線程要小。
- 虛擬線程和協(xié)程都可以通過(guò)暫停和恢復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)線程之間的切換，從而避免了線程上下文切換的開(kāi)銷。
- 虛擬線程和協(xié)程都可以使用異步和非阻塞的方式來(lái)處理任務(wù)，提高應(yīng)用程序的性能和響應(yīng)速度。
不同之處：
- 虛擬線程是在 JVM 層面實(shí)現(xiàn)的，而協(xié)程則是在語(yǔ)言層面實(shí)現(xiàn)的。因此，虛擬線程的實(shí)現(xiàn)可以與任何支持 JVM 的語(yǔ)言一起使用，而協(xié)程的實(shí)現(xiàn)則需要特定的編程語(yǔ)言支持。
- 虛擬線程是一種基于線程的協(xié)程實(shí)現(xiàn)，因此它們可以使用線程相關(guān)的 API，如 ThreadLocal、Lock 和 Semaphore。而協(xié)程則不依賴于線程，通常需要使用特定的異步編程框架和 API。
- 虛擬線程的調(diào)度是由 JVM 管理的，而協(xié)程的調(diào)度是由編程語(yǔ)言或異步編程框架管理的。因此，虛擬線程可以更好地與其他線程進(jìn)行協(xié)作，而協(xié)程則更適合處理異步任務(wù)。
總的來(lái)說(shuō)，虛擬線程是一種新的線程類型，它可以提高應(yīng)用程序的性能和資源利用率，同時(shí)也可以使用傳統(tǒng)線程相關(guān)的 API。虛擬線程與協(xié)程有很多相似之處，但也存在一些不同之處。
虛擬線程確實(shí)可以讓多線程編程變得更簡(jiǎn)單和更高效。相比于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)線程，虛擬線程的創(chuàng)建和銷毀的開(kāi)銷更小，線程上下文切換的開(kāi)銷也更小，因此可以大大減少多線程編程中的資源消耗和性能瓶頸。
使用虛擬線程，開(kāi)發(fā)者可以像編寫傳統(tǒng)的線程代碼一樣編寫代碼，而無(wú)需擔(dān)心線程的數(shù)量和調(diào)度，因?yàn)?JVM 會(huì)自動(dòng)管理虛擬線程的數(shù)量和調(diào)度。此外，虛擬線程還支持傳統(tǒng)線程相關(guān)的 API，如 ThreadLocal、Lock 和 Semaphore，這使得開(kāi)發(fā)者可以更輕松地遷移傳統(tǒng)線程代碼到虛擬線程。
虛擬線程的引入，使得多線程編程變得更加高效、簡(jiǎn)單和安全，使得開(kāi)發(fā)者能夠更加專注于業(yè)務(wù)邏輯，而不必過(guò)多地關(guān)注底層的線程管理。
結(jié)構(gòu)化并發(fā)（Structured Concurrency）
結(jié)構(gòu)化并發(fā)是一種編程范式，旨在通過(guò)提供結(jié)構(gòu)化和易于遵循的方法來(lái)簡(jiǎn)化并發(fā)編程。使用結(jié)構(gòu)化并發(fā)，開(kāi)發(fā)人員可以創(chuàng)建更容易理解和調(diào)試的并發(fā)代碼，并且不容易出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件和其他與并發(fā)有關(guān)的錯(cuò)誤。在結(jié)構(gòu)化并發(fā)中，所有并發(fā)代碼都被結(jié)構(gòu)化為稱為任務(wù)的定義良好的工作單元。任務(wù)以結(jié)構(gòu)化方式創(chuàng)建、執(zhí)行和完成，任務(wù)的執(zhí)行總是保證在其父任務(wù)完成之前完成。
Structured Concurrency（結(jié)構(gòu)化并發(fā)）可以讓多線程編程更加簡(jiǎn)單和可靠。在傳統(tǒng)的多線程編程中，線程的啟動(dòng)、執(zhí)行和結(jié)束是由開(kāi)發(fā)者手動(dòng)管理的，因此容易出現(xiàn)線程泄露、死鎖和異常處理不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。
使用結(jié)構(gòu)化并發(fā)，開(kāi)發(fā)者可以更加自然地組織并發(fā)任務(wù)，使得任務(wù)之間的依賴關(guān)系更加清晰，代碼邏輯更加簡(jiǎn)潔。結(jié)構(gòu)化并發(fā)還提供了一些異常處理機(jī)制，可以更好地管理并發(fā)任務(wù)中的異常，避免因?yàn)楫惓６鴮?dǎo)致程序崩潰或數(shù)據(jù)不一致的情況。
除此之外，結(jié)構(gòu)化并發(fā)還可以通過(guò)限制并發(fā)任務(wù)的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)，防止資源競(jìng)爭(zhēng)和饑餓等問(wèn)題的發(fā)生。這些特性使得開(kāi)發(fā)者能夠更加方便地實(shí)現(xiàn)高效、可靠的并發(fā)程序，而無(wú)需過(guò)多關(guān)注底層的線程管理。
作用域值（Scoped Values）
作用域值是JDK 20中的一項(xiàng)功能，允許開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)建作用域限定的值，這些值限定于特定的線程或任務(wù)。作用域值類似于線程本地變量，但是設(shè)計(jì)為與虛擬線程和結(jié)構(gòu)化并發(fā)配合使用。它們?cè)试S開(kāi)發(fā)人員以結(jié)構(gòu)化的方式在任務(wù)和虛擬線程之間傳遞值，無(wú)需復(fù)雜的同步或鎖定機(jī)制。作用域值可用于在應(yīng)用程序的不同部分之間傳遞上下文信息，例如用戶身份驗(yàn)證或請(qǐng)求特定數(shù)據(jù)。
試驗(yàn)一下
進(jìn)行下面的探索之前，你要下載至少 JDK19或者直接下載 JDK20，JDK 20 目前（截止到2023年9月份）是正式發(fā)布的最高版本，如果你用 JDK 19的話，沒(méi)辦法體驗(yàn)到Scoped Values的功能。
或者是直接下載 JDK 21 的 Early-Access Builds（早期訪問(wèn)版本）。在這個(gè)地址下載 「jdk.java.net/21/」，下載對(duì)應(yīng)的版…
如果你用的是 IDEA ，那你的IDEA 版本最起碼是2022.3 這個(gè)版本或者之后的，否則不支持這么新的 JDK 版本。
如果你用的是 JDK19或者 JDK20的話，要在你的項(xiàng)目設(shè)置中將 language level設(shè)置為19或20的 Preview 級(jí)別，否則編譯的時(shí)候會(huì)提示你無(wú)法使用預(yù)覽版的功能，虛擬線程就是預(yù)覽版的功能。
如果你用的是 JDK21的話，將 language level 設(shè)置為 X -Experimental Features，另外，因?yàn)?JDK21不屬于正式版本，所以需要到 IDEA 的設(shè)置中（注意是 IDEA 的設(shè)置，不是項(xiàng)目的設(shè)置了），將這個(gè)項(xiàng)目的 Target bytecode version手動(dòng)修改為21，目前可選的最高就是20，也就是JDK20。設(shè)置為21之后，就可以使用 JDK21中的這些功能了。
虛擬線程的例子
我們現(xiàn)在啟動(dòng)線程是怎么做的呢？
先聲明一個(gè)線程類，implements 自 Runnable，并實(shí)現(xiàn) run方法。
然后就可以使用這個(gè)線程類，然后啟動(dòng)線程了。
中規(guī)中矩，沒(méi)毛病。
有了虛擬線程之后呢，怎么實(shí)現(xiàn)呢？
Thread.ofPlatform().name("thread-test").start(new SimpleThread());下面是幾種使用虛擬線程的方式。
1、直接啟動(dòng)一個(gè)虛擬線程
Thread thread = Thread.startVirtualThread(new SimpleThread());2、使用 ofVirtual()，builder 方式啟動(dòng)虛擬線程，可以設(shè)置線程名稱、優(yōu)先級(jí)、異常處理等配置
3、使用 Factory 創(chuàng)建線程
4、使用 Executors 方式
結(jié)構(gòu)化編程的例子
想一下下面這個(gè)場(chǎng)景，假設(shè)你有三個(gè)任務(wù)要同時(shí)進(jìn)行，只要任意一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完成并返回結(jié)果了，那就可以直接用這個(gè)結(jié)果了，其他的兩個(gè)任務(wù)就可以停止了。比如說(shuō)一個(gè)天氣服務(wù)，通過(guò)三個(gè)渠道獲取天氣情況，只要有一個(gè)渠道返回就可以了。
這種場(chǎng)景下， 在 Java 8 下應(yīng)該怎么做呢，當(dāng)然也可以了。
使用 ExecutorService的invokeAll和invokeAny實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)有一些額外的工作，在拿到第一個(gè)結(jié)果后，要手動(dòng)關(guān)閉另外的線程。
而 JDK21中呢，可以用結(jié)構(gòu)化編程實(shí)現(xiàn)。
ShutdownOnSuccess捕獲第一個(gè)結(jié)果并關(guān)閉任務(wù)范圍以中斷未完成的線程并喚醒調(diào)用線程。 適用于任意子任務(wù)的結(jié)果都可以直接使用，并且無(wú)需等待其他未完成任務(wù)的結(jié)果的情況。 它定義了獲取第一個(gè)結(jié)果或在所有子任務(wù)失敗時(shí)拋出異常的方法
ShutdownOnFailure
執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，只要有一個(gè)失敗（出現(xiàn)異常或其他主動(dòng)拋出異常情況），就停止其他未執(zhí)行完的任務(wù)，使用scope.throwIfFailed捕捉并拋出異常。 如果所有任務(wù)均正常，則使用 Feture.get() 或*Feture.resultNow() 獲取結(jié)果
Scoped Values 的例子
我們肯定都用過(guò) ThreadLocal，它是線程本地變量，只要這個(gè)線程沒(méi)銷毀，可以隨時(shí)獲取 ThredLocal 中的變量值。Scoped Values 也可以在線程內(nèi)部隨時(shí)獲取變量，只不過(guò)它有個(gè)作用域的概念，超出作用域就會(huì)銷毀。
上面的例子模擬一個(gè)用戶登錄的過(guò)程，使用 ScopedValue.newInstance()聲明了一個(gè) ScopedValue，用 ScopedValue.where給 ScopedValue設(shè)置值，并且使用 run 方法執(zhí)行接下來(lái)要做的事兒，這樣一來(lái)，ScopedValue就在 run() 的內(nèi)部隨時(shí)可獲取了，在run方法中，模擬調(diào)用了一個(gè)service 的login方法，不用傳遞LoginUser這個(gè)參數(shù)，就可以直接通過(guò)LoginUser.get方法獲取當(dāng)前登錄用戶的值了。
