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SpringBoot 3.x集成虚拟线程实战：性能提升对比与配置指南

发表于昨天 04:28 | 查看: 3| 回复: 0

虚拟线程作为Java 19引入的重要特性，为处理高并发、IO密集型应用提供了一种全新的轻量级解决方案。它有望显著提升传统基于平台线程模型的应用程序性能。本文将探讨如何在SpringBoot 3.x项目中配置并使用虚拟线程，并通过实际测试对比其与普通线程在异步任务和HTTP请求处理上的性能差异。

什么是虚拟线程

虚拟线程是Java 19开始增加的一个特性，类似于Go语言中的协程。对于长期受限于平台线程（Platform Thread）开销和数量的Java开发者而言，这无疑是一个令人期待已久的功能升级。

虚拟线程和普通线程的区别

顾名思义，“虚拟”线程并非直接由操作系统内核调度的实体线程。它是由JVM提供的一层更轻量的抽象，其生命周期由JDK管理，并最终由少量的平台线程（称为载体线程）来调度执行。这意味着，一个平台线程可以“搭载”运行成千上万个虚拟线程。

虚拟线程的资源消耗远小于平台线程。在内存充足的情况下，我们可以轻松创建数百万个虚拟线程，这在使用传统线程模型（Java 19之前）时是难以想象的。

如果你使用过Akka等Actor模型框架，可能会觉得两者有相似之处。不过，虚拟线程的调度和管理由JVM原生提供，在易用性和集成度上更具优势。

SpringBoot使用虚拟线程

接下来，我们将在SpringBoot项目中实际使用虚拟线程，将默认的异步任务执行器和HTTP处理线程池替换为虚拟线程执行器。通过对比测试，你会直观地感受到性能上的巨大提升。

配置

本次演示使用的环境为Java 20.0.2和SpringBoot 3.1.2。在SpringBoot中启用虚拟线程非常简单，只需添加以下配置类即可：

/**
 * 此配置用于后续测试。spring.virtual-thread=true时使用虚拟线程，false时则使用默认的普通线程。
 */
@Configuration
@ConditionalOnProperty(prefix = "spring", name = "virtual-thread", havingValue = "true")
public class ThreadConfig {

    @Bean
    public AsyncTaskExecutor applicationTaskExecutor() {
        return new TaskExecutorAdapter(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
    }

    @Bean
    public TomcatProtocolHandlerCustomizer<?> protocolHandlerCustomizer() {
        return protocolHandler -> {
            protocolHandler.setExecutor(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
        };
    }
}

这个配置做了两件事：

将Spring的异步任务执行器（@Async注解使用）替换为基于虚拟线程的执行器。
将内嵌Tomcat的协议处理器线程池替换为虚拟线程执行器。

@Async性能对比

我们首先编写一个模拟IO操作的异步服务，其中让线程睡眠50毫秒，模拟数据库或缓存访问等场景：

@Service
public class AsyncService {

    /**
     *
     * @param countDownLatch 用于测试同步
     */
    @Async
    public void doSomething(CountDownLatch countDownLatch) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(50);
        countDownLatch.countDown();
    }
}

然后编写测试方法，循环调用该异步方法10万次，并计算总耗时：

@Test
public void testAsync() throws InterruptedException {
    long start = System.currentTimeMillis();
    int n = 100000;
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        asyncService.doSomething(countDownLatch);
    }
    countDownLatch.await();
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("耗时：" + (end - start) + "ms");
}

测试结果如下：

使用普通线程池时：总耗时约678秒（超过10分钟）。

普通线程执行10万次异步任务耗时约678秒

使用虚拟线程执行器时：总耗时仅3.9秒！

虚拟线程执行10万次异步任务耗时约3.9秒

结论：在这个模拟高并发异步IO的场景下，虚拟线程展现出了近200倍的性能优势。这主要归功于虚拟线程极低的创建与上下文切换开销，使其能够轻松应对海量并发任务，而这正是现代高并发应用架构的核心挑战之一。

HTTP请求性能对比

我们再看看在Web请求场景下的表现。编写一个简单的GET接口，同样模拟50毫秒的IO等待：

@RequestMapping("/get")
public Object get() throws Exception {
    Thread.sleep(50);
    return "ok";
}

使用JMeter进行压测：设置500个并发线程，循环执行，总请求量达到1万次。观察响应时间分布。

「普通线程（Tomcat默认线程池）」：

普通线程下HTTP请求响应时间百分位图

从图中可见，最小响应时间约为50ms（符合接口内睡眠设置），但中位数、90th、95th、99th分位线响应时间均超过了150ms。这是因为平台线程是昂贵的系统资源，SpringBoot内嵌Tomcat的默认最大连接数通常为200。当200个线程都在等待IO操作（睡眠50ms）时，后续的请求必须排队等候，无法被及时处理。

「虚拟线程耗时：」

虚拟线程下HTTP请求响应时间百分位图