Java 平台线程与虚拟线程

Fri, 16 Jan 2026 14:56:00 +0800

Java 默认线程

java 默认创建的线程就是 平台线程，平台线程与 OS线程是1:1的关系。

我创建多少平台线程就会创建多少OS线程
我创建的线程是通过 Java 锁提供的抽象接口实现的，不需要关心底层的具体实现
从用户态切换到内核态需要耗费资源和时间（用户态 → 内核态切换开销：10-100 μs）

创建线程时发生了什么

Thread t = new Thread(() -> {
    System.out.println("运行中");
});
t.start();

底层流程：
1. Java 虚拟机 (JVM)
   │
   ├── 申请内存：线程栈 (~1MB)
   │
   ├── 调用 OS API
   │   └── Linux: pthread_create()
   │   └── Windows: CreateThread()
   │
   └── OS 内核
       ├── 创建内核级线程 (KSE - Kernel Scheduling Entity)
       ├── 分配 CPU 时间片
       └── 返回线程句柄 (Thread Handle)

什么时候需要切换到内核态？

线程生命周期相关

操作	是否切换	原因
`new Thread()`	❌ 不切换	纯 Java 对象创建
`t.start()`	✅ 切换	需要调用 `pthread_create()` 系统调用
`t.join()`	✅ 切换	需要内核等待线程结束
`t.sleep()`	✅ 切换	需要内核计时器
`t.wait()`	✅ 切换	需要内核监控等待队列
`t.notify()`	✅ 切换	需要内核唤醒等待队列

I/O 操作

// 以下操作都需要切换到内核态
socket.read();      // 网络 I/O
fileInput.read();   // 文件 I/O
Database.query();   // JDBC 底层是网络 I/O

用户态:  Java 调用 JDBC 驱动
   │
   ▼
内核态:  系统调用 read()
   │
   ▼
等待 I/O 完成（线程阻塞）

同步操作

// 以下操作可能切换
synchronized(obj) {  // 轻量级CAS在用户态，但阻塞时需要内核态
    // ...
}
Lock.lock();          // ReentrantLock 内部使用 AQS

需要内核介入的操作（创建线程、阻塞等待、I/O、锁竞争）会切换到内核态，纯用户态代码执行不切换。

Java 虚拟线程

Java 虚拟线程与默认线程不同，它采用 M:N 调度模型（M 个虚拟线程复用 N 个平台线程）。

// 虚拟线程
Thread virtualThread = Thread.ofVirtual().start(() -> {
    // 虚拟线程，不会直接创建 OS 线程
});

// 或使用 ExecutorService
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

工作原理：

虚拟线程1 ──┐
虚拟线程2 ──┼─→ Carrier Thread 1 (平台线程 / OS 线程)
虚拟线程3 ──┘           ↓
                    调度器 (ForkJoinPool)
                        ↓
虚拟线程4 ──┐           ↑
虚拟线程5 ──┼─→ Carrier Thread 2 (平台线程 / OS 线程)
虚拟线程6 ──┘

核心特点：

轻量级：创建成本极低 (~1KB 栈空间)
高并发：支持百万级虚拟线程
非阻塞：I/O 阻塞时挂起虚拟线程，不阻塞载体线程

平台线程 vs 虚拟线程对比

特性	平台线程	虚拟线程
映射关系	1:1 (OS 线程)	M:N (复用少量平台线程)
内存占用	~1MB/线程	~1KB/线程
创建成本	高 (~1ms)	极低 (~μs)
并发上限	千级	百万级
阻塞行为	阻塞 OS 线程	只挂起虚拟线程
适用场景	CPU 密集型	I/O 密集型
线程池	需要	不需要
JDK 版本	Java 1.0+	Java 21+

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什么时候需要切换到内核态？

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Reference