Java协程编程之Loom项目尝鲜

前提

之前很长一段时间关注JDK协程库的开发进度，但是前一段时间比较忙很少去查看OpenJDK官网的内容。Java协程项目Loom（因为项目还在开发阶段，OpenJDK给出的官网https://openjdk.java.net/projects/loom中只有少量Loom项目相关的信息）已经在2018年之前立项，目前已经发布过基于JDK17编译和JDK18编译等早期版本，笔者在下载Loom早期版本的时候只找到JDK18编译的版本：

下载入口在：https://jdk.java.net/loom

由于该JDK版本过高，目前可以使用主流IDE导入Loom-JDK-18+9进行代码高亮和语法提醒，暂时找不到方法进行编译，暂时使用该JDK执行目录下的的javac命令脚本进行编译，使用java命令脚本运行。

Loom项目简单介绍

Loom - Fibers, Continuations and Tail-Calls for the JVM

Loom项目的标题已经凸显了引入的三大新特性：

• Fibers：几年前看过当时的Loom项目的测试代码就是使用Fiber这个API（现在这个API已经被移除），意为轻量级线程，即协程，又称为轻量级用户线程，很神奇的是在目前的JDK中实际上称为Virtual Thread（虚拟线程）
• Continuations：直译为"连续"，实现上有点像闭包，参考不少资料，尚未准确理解其具体含义，感觉可以"粗暴"解读为"程序接下来要执行什么"或者"下一个要执行的代码块"
• Tail-Calls：尾调用VM级别支持

三个新特性不详细展开，目前只是EA版本，还存在修改的可能性，所以也没必要详细展开。

Virtual Thread使用

当前版本Loom项目中协程使用并没有引入一个新的公开的虚拟线程VirtualThread类，虽然真的存在VirtualThread，但这个类使用default修饰符，隐藏在java.lang包中，并且VirtualThread是Thread的子类。协程的创建API位于Thread类中：

使用此API创建协程如下：

public static void main(String[] args) {
    Thread fiber = Thread.startVirtualThread(() -> System.out.println("Hello Fiber"));
}

从当前的源码可知：

• VirtualThread会通过Thread.currentThread()获取父线程的调度器，如果在main方法运行，那么上面代码中的协程实例的父线程就是main线程
• 默认的调度器为系统创建的ForkJoinPool实例（VirtualThread.DEFAULT_SCHEDULER），输入的Runnable实例会被封装为RunContinuation，最终由调度器执行
• 对于timed unpark（正在阻塞，等待唤醒）的协程，使用系统创建的ScheduledExecutorService实例进行唤醒
• 这个静态工厂方法创建完协程马上运行，返回的是协程实例

如果按照上面的Thread.startVirtualThread()方法去创建协程，显然无法定义协程的名称等属性。Loom项目为Thread类引入了建造者模式，比较合理地解决了这个问题：

// 创建平台线程建造器，对应于Thread实例
public static Builder.OfPlatform ofPlatform() {
    return new ThreadBuilders.PlatformThreadBuilder();
}
// 创建虚拟线程建造器，对应于VirtualThread
public static Builder.OfVirtual ofVirtual() {
    return new ThreadBuilders.VirtualThreadBuilder();
}

简单说就是：

• ofPlatform()方法用于构建Thread实例，这里的Platform Thread（平台线程）其实就是JDK1.0引入的线程实例，普通的用户线程
• ofVirtual()方法用于构建VirtualThread实例，也就是构建协程实例

这两个建造器实例的所有Setter方法链展开如下：

public static void main(String[] args) {
    Thread.Builder.OfPlatform platformThreadBuilder = Thread.ofPlatform()
            // 是否守护线程
            .daemon(true)
            // 线程组
            .group(Thread.currentThread().getThreadGroup())
            // 线程名称
            .name("thread-1")
            // 线程名称前缀 + 起始自增数字 => prefix + start,下一个创建的线程名称就是prefix + (start + 1)
            // start > 0的情况下会覆盖name属性配置
            .name("thread-", 1L)
            // 是否启用ThreadLocal
            .allowSetThreadLocals(false)
            // 是否启用InheritableThreadLocal
            .inheritInheritableThreadLocals(false)
            // 设置优先级
            .priority(100)
            // 设置线程栈深度
            .stackSize(10)
            // 设置未捕获异常处理器
            .uncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
                @Override
                public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
                }
            });
    // thread-1
    Thread firstThread = platformThreadBuilder.unstarted(() -> System.out.println("Hello Platform Thread First"));
    // thread-2
    Thread secondThread = platformThreadBuilder.unstarted(() -> System.out.println("Hello Platform Thread Second"));
    Thread.Builder.OfVirtual virtualThreadBuilder = Thread.ofVirtual()
            // 协程名称
            .name("fiber-1")
            // 协程名称前缀 + 起始自增数字 => prefix + start,下一个创建的协程名称就是prefix + (start + 1)
            // start > 0的情况下会覆盖name属性配置
            .name("fiber-", 1L)
            // 是否启用ThreadLocal
            .allowSetThreadLocals(false)
            // 是否启用InheritableThreadLocal
            .inheritInheritableThreadLocals(false)
            // 设置调度器,Executor实例,也就是调度器是一个线程池,设置为NULL会使用VirtualThread.DEFAULT_SCHEDULER
            .scheduler(null)
            // 设置未捕获异常处理器
            .uncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
                @Override
                public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
                }
            });
    // fiber-1
    Thread firstFiber = virtualThreadBuilder.unstarted(() -> System.out.println("Hello Platform Virtual First"));
    // fiber-2
    Thread secondFiber = virtualThreadBuilder.unstarted(() -> System.out.println("Hello Platform Virtual Second"));
}

这里可以发现一点，就是建造器是可以复用的。如果想用建造器创建同一批参数设置相同的线程或者协程，可以设置name(String prefix, long start)方法，定义线程或者协程的名称前缀和一个大于等于0的数字，反复调用Builder#unstarted(Runnable task)方法就能批量创建线程或者协程，名称就设置为prefix + start、prefix + (start + 1)、prefix + (start + 2)以此类推。协程创建基本就是这么简单，运行的话直接调用start()方法：

public class FiberSample2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread.ofVirtual()
                .name("fiber-1")
                .allowSetThreadLocals(false)
                .inheritInheritableThreadLocals(false)
                .unstarted(() -> {
                    Thread fiber = Thread.currentThread();
                    System.out.printf("[%s,daemon:%s,virtual:%s] - Hello World\n", fiber.getName(),
                            fiber.isDaemon(), fiber.isVirtual());
                }).start();
        // 主线程休眠
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }
}

目前无法在主流IDE编译上面的类，所以只能使用该JDK目录下的工具编译和运行，具体如下：

# 执行 - 当前目录I:\J-Projects\framework-source-code\fiber-sample\src\main\java
(1)编译：I:\Environment\Java\jdk-18-loom\bin\javac.exe I:\J-Projects\framework-source-code\fiber-sample\src\main\java\cn\throwx\fiber\sample\FiberSample2.java
(2)执行main方法：I:\Environment\Java\jdk-18-loom\bin\java.exe  cn.throwx.fiber.sample.FiberSample2

这里也看出了一点，所有的协程实例的daemon标识默认为true且不能修改。

小结

如果用尝鲜的角度去使用Loom项目，可以提前窥探JVM开发者们是如何基于协程这个重大特性进行开发的，这对于提高学习JDK内核代码的兴趣有不少帮助。从目前来看，对于协程的实现Loom项目距离RELEASE版本估计还有不少功能需要完善，包括新增API的稳定性，以及协程是否能够移植到原有的JUC类库中使用（当前的Loom-JDK-18+9没有对原来的线程池等类库进行修改）等问题需要解决，所以在保持关注的过程中静心等待吧。

（e-a-20210818 c-2-d）