Java 中的线程模型 | Baeldung中文网

1. 引言

在实际开发中，我们经常需要让程序“同时”做多件事。实现这一点的方式有多种，而最核心的手段之一就是多任务处理（multitasking）。

✅ 多任务处理：指多个任务并发执行，各自完成不同的工作，共享内存和资源，但逻辑上并行运行。

虽然这些任务看似“同时”运行，但实际上可能是由操作系统或 JVM 调度，在单核或多核 CPU 上快速切换实现的并发效果。关键在于，我们要让程序具备处理并发的能力。

2. 原生线程（Native Threads）

Java 中实现并发的标准方式是使用线程（Thread），而 Java 所使用的正是操作系统级别的“原生线程”。

⚠️ 原生线程直接映射到操作系统的执行单元（即 OS Thread），由操作系统负责调度到 CPU 核心上运行。这意味着：

线程的创建、切换、销毁都依赖 OS 支持
性能高，尤其适合长时间运行的任务
JVM 无需自己管理线程调度底层细节

✅ 自 Java 1.2 起，JVM 全面采用原生线程模型，无论运行在 Windows、Linux 还是 macOS 上，这一机制保持一致。

也就是说，只要你用了以下任意一种标准并发工具，你就在使用原生线程：

java.lang.Thread
java.util.concurrent.Executor
java.util.concurrent.ExecutorService
ForkJoinPool
CompletableFuture（底层依赖线程池）

💡 小结：原生线程性能好、支持广，是目前 Java 并发的基石。但它的“昂贵”之处在于——每个线程都会占用系统资源（栈内存、内核数据结构等），频繁创建销毁会带来显著开销。

3. 绿色线程（Green Threads）

绿色线程是一种用户态线程，它不直接对应操作系统线程，而是由运行时环境（如虚拟机或框架）在少数几个原生线程上模拟出多个逻辑线程。

工作原理简单来说就是：

多个绿色线程 → 映射到少量原生线程 → 由运行时系统调度执行

优势 ✅

创建/销毁成本极低
数量可成千上万（不像原生线程受限于系统资源）
更适合短生命周期任务（比如处理大量 HTTP 请求）

劣势 ❌

无法真正并行（只能在一个原生线程上轮流跑）
容易因某个任务阻塞导致整体卡住
需要运行时深度介入调度逻辑

⚠️ Java 曾经在早期版本（1.1 及之前）使用绿色线程作为默认模型，但从 Java 1.2 开始彻底转向原生线程，至今 JVM 层面不再支持绿色线程。

虽然 JVM 没有内置支持，但一些第三方库通过字节码增强或 Java Agent 实现了类似能力——比如我们接下来要讲的 Fibers。

4. Fiber（纤程）

Fiber 是一种轻量级并发单元，概念上接近绿色线程，但关键区别在于：它是协作式（cooperative）而非抢占式（preemptive）的多任务模型。

对比项	原生线程 / 绿色线程	Fiber
调度方式	抢占式（系统决定何时切换）	协作式（代码主动 yield）
切换控制	OS 或运行时强制中断	开发者显式声明可暂停点
上下文开销	高（内核态切换）	极低（用户态保存栈）
并发密度	数千级	数十万级

✅ Fiber 的核心思想是：“我运行到某个安全点时，自己说一声‘我可以让出’”，而不是被系统强行打断。

⚠️ 如果你的 fiber 代码中没有 yield 点，那它就会一直霸占线程，其他 fiber 根本没机会执行 —— 所以必须配合非阻塞 I/O 和显式挂起机制使用。

目前 Java 语言本身并未原生支持 Fiber，但我们可以通过以下几种方式引入：

4.1. Quasar

Quasar 是一个成熟的 Java/Kotlin 协程库，支持：

Java 11+（推荐），旧版支持 Java 8
使用 Java Agent 在运行时织入 fiber 支持
无需修改构建流程，启动时加 -javaagent:quasar.jar 即可

示例代码：

public class FiberExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Fiber<Integer> fiber = new Fiber<>(() -> {
            System.out.println("Fiber 开始执行");
            Fiber.sleep(1000);
            return 42;
        }).start();

        System.out.println("主线程继续");
        System.out.println("Fiber 结果: " + fiber.get());
    }
}

✅ 优点：API 简洁，与 Kotlin 协程兼容性好
❌ 缺点：依赖 Java Agent，某些环境受限（如容器安全策略限制 agent 加载）

4.2. Kilim

Kilim 是另一个轻量级 fiber 实现，与 Quasar 最大的不同在于：

它使用 字节码织入（bytecode weaving） 而非 Java Agent。

这意味着：

在编译期修改 class 文件，插入调度逻辑
运行时不依赖 agent，更适合生产环境
支持 Java 7+

示例任务定义：

public class MyTask extends Task {
    public void run() throws Pausable {
        System.out.println("Task 开始");
        pause(); // 主动挂起
        System.out.println("Task 恢复");
    }
}

✅ 适用场景：不能用 agent 的项目、对运行时纯净性要求高的系统
⚠️ 踩坑提示：构建流程需集成 weave 插件（如 Maven 插件），配置稍复杂

4.3. Project Loom

Project Loom 是 OpenJDK 官方推动的一个实验性项目，目标是将 Fiber 直接集成进 JVM，提供原生级别的轻量级并发支持。

核心特性包括：

新增 java.lang.Thread 的新实现模式（虚拟线程）
兼容现有 Thread API，无需重写代码
不再需要 Java Agent 或字节码织入
极大提升并发吞吐量（单机支持百万级并发）

🔔 注意：截至 JDK 21，Loom 已进入预览阶段（Preview Feature），可通过启动参数开启：

--enable-preview --source 21

示例代码（虚拟线程）：

public class VirtualThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread.startVirtualThread(() -> {
            System.out.println("我在虚拟线程中运行");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("虚拟线程结束");
        });
    }
}

✅ 展望未来：Loom 很可能成为 Java 下一代并发模型的基础，一旦正式发布，将彻底改变我们编写高并发服务的方式。

5. 协程（Coroutines）

协程可以理解为“没有调度器的 fiber”——它的执行流程完全由调用方控制。

✅ 协程本质是一段可暂停、可恢复的函数，yield 时保存状态，下次 resume 时从中断处继续。

典型使用模式如下：

import kotlinx.coroutines.*

fun main() = runBlocking {
    launch {
        for (i in 1..3) {
            print("协程输出 $i ")
            yield() // 主动让出
        }
    }

    repeat(3) {
        println("主流程工作")
        delay(100)
    }
}

输出可能为：

协程输出 1 主流程工作
协程输出 2 主流程工作
协程输出 3 主流程工作

📌 关键点：

Kotlin 原生支持协程（kotlinx.coroutines）
Java 没有语言级支持，但可通过 Quasar 等库模拟
更适合流程控制类场景（如状态机、生成器），而非大规模并发 I/O

对比总结：

特性	原生线程	Fiber	协程
调度方式	抢占式	协作式	手动控制
并发规模	数千	数十万	中等
使用难度	简单	中等	中等
是否需要特殊支持	否	是（Agent/Weave/JVM 改造）	是（语言或库）

6. 总结

Java 的并发演进路径清晰可见：

从原生线程 → 第三方 fiber 库（Quasar/Kilim） → JVM 原生支持（Project Loom）→ 协程补充控制流

📌 当前建议：

✅ 普通业务：继续使用 ExecutorService + 原生线程池
✅ 高并发 I/O 密集型服务：关注 Project Loom 虚拟线程，尽早试用预览版
✅ 流程控制复杂逻辑：考虑 Kotlin 协程或 Quasar
❌ 不要尝试自己实现绿色线程或 fiber 调度器，容易踩坑且性能难保障

🔥 下一步行动：下载 JDK 21+，开启 --enable-preview，亲手体验一把百万并发的丝滑感。

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REST

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