八股-JDK

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JDK

JDK 5 新特性

泛型（Generics）

详见《泛型》专题笔记

  • 引入参数化类型，提供编译期类型安全
  • 消除强制类型转换，提升代码复用性

JDK 8 新特性

1. Lambda 表达式

  • 核心作用：引入函数式编程，简化匿名内部类语法
  • 本质：将函数作为方法参数传递，使代码更简洁、可读性更强

2. Stream 流

  • 定义：对集合数据进行高效、声明式处理的 API
  • 特点：
    • 支持链式操作（Fluent API）
    • 支持并行处理（parallelStream）
    • 常用于数据过滤、转换、聚合等场景

3. Optional

  • 定位：容器类，用于优雅处理可能为 null 的对象
  • 价值：
    • 强制开发者显式检查空值
    • 减少 NullPointerException（NPE）
    • 避免冗长的 null 判断代码

JDK 21 新特性

虚拟线程（Virtual Threads）

别名：轻量级线程 / 用户态线程（类似 Go 语言的 Goroutine）
发展历程：JDK 19 引入预览，JDK 21 正式发布

核心概念对比

类型 定义 特点
操作系统线程 内核态线程，直接由操作系统管理 • 数量有限（单进程上限约 6 万个）
• 高开销：创建/销毁需系统调用，上下文切换需陷入内核态
平台线程 JVM 层面对操作系统线程的 1:1 包装 • new Thread() 或线程池创建的线程
• 严格一对一映射到操作系统线程
• 同样存在高开销问题
虚拟线程 JVM 管理的轻量级线程（协程实现） • 内存占用极小
• 上下文切换无需陷入内核态
• 创建/销毁成本极低（无需池化）
• 多个虚拟线程共享一个平台线程（载体线程）

虚拟线程的工作原理

上下文切换机制：

  • 虚拟线程运行时依赖虚拟线程栈和程序计数器
  • 切换时，保存当前虚拟线程的上下文（栈、程序计数器等）
  • 切换到另一个虚拟线程继续执行
  • 关键点：切换过程完全在用户态完成，不涉及内核态切换
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│           应用程序（百万级）              │
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│  │ 虚拟线程 │ │ 虚拟线程 │ │ 虚拟线程 │   │
│  │   V1    │ │   V2    │ │   V3    │   │
│  └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘   │
│       └───────────┼───────────┘        │
│                   ▼                     │
│           JVM 调度器（用户态）           │
│                   │                     │
│       ┌───────────┼───────────┐        │
│       ▼           ▼           ▼        │
│  ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐   │
│  │ 平台线程 │ │ 平台线程 │ │ 平台线程 │   │  ← 少量（如 10 个）
│  │ (载体)  │ │ (载体)  │ │ (载体)  │   │
│  └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘   │
│       └───────────┼───────────┘        │
│                   ▼                     │
│          操作系统线程（内核态）           │  ← 与平台线程 1:1 对应
└─────────────────────────────────────────┘

为什么需要虚拟线程？

背景问题：

  • 传统模型（如 Tomcat）：一个请求对应一个线程
  • 单进程线程数有限（约 6 万个），成为并发瓶颈
  • 高并发场景下，若请求涉及阻塞 I/O（BIO）：
    • 线程阻塞等待 I/O 完成
    • 大量线程被阻塞，资源耗尽
    • CPU 利用率低下（线程都在等待，没有计算）

解决方案：

  • 使用虚拟线程处理阻塞操作
  • 当虚拟线程遇到 I/O 阻塞时，自动让出载体线程
  • 载体线程可调度其他虚拟线程，提高资源利用率
  • 单应用可轻松承载百万级并发（而非几万个）

生态支持

目前主流框架已全面支持虚拟线程：

  • Tomcat / Jetty：内置虚拟线程支持
  • Netty：异步事件驱动 + 虚拟线程
  • **SpringBoot 3.2+**：spring.threads.virtual.enabled=true 一键开启

脉络图

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JDK 5 ──► 泛型 ───────────────► 编译期类型安全
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JDK 8 ──► Lambda + Stream ───► 函数式编程 + 声明式数据处理
                             │
JDK 21 ──► 虚拟线程 ─────────► 高并发编程模型革新（从线程池到协程思维）