Java 的 Loom 專案：透過虛擬執行緒和結構化任務徹底改變並發性

Loom 專案正在震撼 Java 世界，我很高興能分享我所學到的知識。 Java 的這項突破性補充就是讓並發程式設計變得更容易、更有效率。

Project Loom 的核心引入了虛擬線程。這些是輕量級線程，不會直接映射到作業系統線程，使我們能夠毫不費力地創建數百萬個線程。這是處理大量並發操作的遊戲規則改變者，特別是在 I/O 密集型應用程式中。

讓我們深入研究一些程式碼，看看如何建立和使用虛擬線程：

Runnable task = () -> {
    System.out.println("Hello from a virtual thread!");
};

Thread vThread = Thread.startVirtualThread(task);
vThread.join();

就這麼簡單！我們可以像常規線程一樣建立虛擬線程，但它們的資源效率更高。

Loom 最酷的事情之一就是結構化並發。這個概念可以幫助我們更輕鬆地管理相關任務的生命週期。這是一個例子：

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> user = scope.fork(() -> fetchUser());
    Future<List<Order>> orders = scope.fork(() -> fetchOrders());

    scope.join();
    scope.throwIfFailed();

    processUserAndOrders(user.resultNow(), orders.resultNow());
}

在此程式碼中，我們使用 StructuredTaskScope 來管理兩個相關任務。如果任一任務失敗，作用域將關閉所有任務。這使得錯誤處理和取消更加清晰。

現在，您可能想知道如何重構現有程式碼以使用這些新功能。好消息是，在許多情況下，這非常簡單。如果您使用 ExecutorService，通常可以將其替換為 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()。這將使用虛擬線程而不是平台線程，以最少的程式碼更改為您提供更好的可擴展性。

Loom 也正在改變我們對傳統並發模式的看法。例如，當您可以建立數百萬個虛擬執行緒時，經典的執行緒池模式就變得不那麼必要。您無需仔細管理有限的線程池，只需為每個任務建立新的虛擬線程即可。

讓我們來看一個更複雜的範例，看看 Loom 如何在高吞吐量場景中提供協助：

public class WebServer {
    public void handleRequests(int port) throws IOException {
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) {
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                Thread.startVirtualThread(() -> handleConnection(socket));
            }
        }
    }

    private void handleConnection(Socket socket) {
        try (socket;
             var in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
             var out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {

            String request = in.readLine();
            String response = processRequest(request);
            out.println(response);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private String processRequest(String request) {
        // Simulate some processing time
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        return "Response to: " + request;
    }
}

在此範例中，我們正在建立一個可以處理許多並發連接的簡單 Web 伺服器。每個連接都在自己的虛擬線程中處理，使我們能夠擴展到大量並發連接，而無需擔心線程開銷。

需要記住的一件事是，雖然虛擬執行緒非常適合 I/O 密集型任務，但它們對 CPU 密集型任務沒有任何好處。如果您的應用程式受 CPU 限制，您仍然希望將並發限制為可用 CPU 核心的數量。

Project Loom 也引入了延續的概念，這是啟用虛擬執行緒的底層機制。雖然您通常不會直接使用延續，但了解它們可以幫助您掌握虛擬線程在幕後如何運作。

當我們採用 Loom 時，我們需要重新考慮一些效能最佳化策略。例如，在某些情況下，連接池可能變得不太必要，因為使用虛擬執行緒建立新連線變得更便宜。

值得注意的是，Loom 並沒有取代 java.util.concurrent 套件中的所有內容。許多同步原語和並發資料結構仍然很有價值，並且可以與虛擬執行緒很好地配合。

Project Loom 仍在開發中，一些 API 在最終發布之前可能會發生變化。但是，核心概念是穩定的，您現在可以使用 Java 預覽版本開始試驗它們。

總之，Project Loom 將徹底改變 Java 中的並發程式設計。透過讓編寫可擴展、高效的並發程式碼變得更加容易，Loom 為建立高效能應用程式開闢了新的可能性。無論您是在開發 Web 服務、資料處理管道或任何其他並發系統，Loom 都能為您提供協助。作為 Java 開發人員，我們正在進入一個令人興奮的並發新時代，我迫不及待地想看看我們將使用這些新工具建立什麼。

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