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解析在Tomcat中啟用虛擬線程特性

更新時間：2022年10月08日 08:33:56 作者：throwable

這篇文章主要介紹了在Tomcat中啟用虛擬線程特性，準備好嵌入式Tomcat的依賴，需要引入三個依賴包，分別是tomcat-embed-core、tomcat-embed-el和tomcat-embed-websocket，版本選用10.1.0+?，本文結(jié)合實例代碼給大家介紹的非常詳細，需要的朋友參考下吧

前提

趁著國慶前后閱讀了虛擬線程相關(guān)的源碼，寫了一篇《虛擬線程 - VirtualThread源碼透視》，里面介紹了虛擬線程的實現(xiàn)原理和使用示例。需要準備做一下前期準備：

安裝OpenJDK-19或者Oracle JDK-19
準備好嵌入式Tomcat的依賴，需要引入三個依賴包，分別是tomcat-embed-core、tomcat-embed-el和tomcat-embed-websocket，版本選用10.1.0+

查看Tomcat官方文檔的CHANGELOG：

支持Loom項目的Tomcat最低版本為10.1.0-M16，對應(yīng)的正式版是10.1.0（當前時間為2022-10-07前后），低于此版本因為大量API還沒有適配虛擬線程，主要是沒有改造監(jiān)視器鎖的引用導致虛擬線程pin到載體（平臺）線程等問題，因此別無他選。另外，重要的提醒說三次：

本文是實驗性質(zhì)，在未完全證實改造功能可以應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)境前需要謹慎評估，或者先別使用于生產(chǎn)環(huán)境
本文是實驗性質(zhì)，在未完全證實改造功能可以應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)境前需要謹慎評估，或者先別使用于生產(chǎn)環(huán)境
本文是實驗性質(zhì)，在未完全證實改造功能可以應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)境前需要謹慎評估，或者先別使用于生產(chǎn)環(huán)境

引入依賴

引入以下依賴：

<dependency>
    <groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
    <artifactId>tomcat-embed-core</artifactId>
    <version>10.1.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
    <artifactId>tomcat-embed-el</artifactId>
    <version>10.1.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
    <artifactId>tomcat-embed-websocket</artifactId>
    <version>10.1.0</version>
</dependency>

編程式初始化Tomcat

為了使用反射調(diào)用一些java.base模塊下沒開放的依賴包和跟蹤虛擬線程棧，程序運行時候加入下面的VM參數(shù)：

--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent=ALL-UNNAMED -Djdk.tracePinnedThreads=full

在IDEA的運行配置中是這個樣子：

接著編寫一個HttpServlet實現(xiàn)：

public class VirtualThreadHandleServlet extends HttpServlet {

    private static final DateTimeFormatter FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");

    @Override
    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.printf("service by thread ==> %s, is virtual ==> %s, carrier thread ==> %s\n",
                thread.getName(), thread.isVirtual(), getCurrentCarrierThreadName(thread));
        resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
        resp.setHeader("Content-Type", "application/json");
        String content = "{\"time\":" + "\"" + LocalDateTime.now().format(FORMATTER) + "\"}";
        resp.getWriter().write(content);
    }

    private static String getCurrentCarrierThreadName(Thread currentThread) {
        if (currentThread.isVirtual()) {
            try {
                MethodHandle methodHandle = MethodHandles.privateLookupIn(Thread.class, MethodHandles.lookup())
                        .findStatic(Thread.class, "currentCarrierThread", MethodType.methodType(Thread.class));
                Thread carrierThread = (Thread) methodHandle.invoke();
                return carrierThread.getName();
            } catch (Throwable e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return "UNKNOWN";
    }
}

該Servlet實現(xiàn)比較簡單，就是在控制臺打印一些虛擬線程和載體線程的一些信息，然后返回HTTP狀態(tài)碼為200和一個JSON字符展示當前精確到毫秒的時間。接著編寫一個main方法初始化Tomcat：

public class EmbedTomcatVirtualThreadDemo {

    private static final String SERVLET_NAME = "VirtualThreadHandleServlet";

    private static final String SERVLET_PATH = "/*";

    /**
     * 設(shè)置VM參數(shù):
     * --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED
     * --add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED
     * --add-opens java.base/java.util.concurrent=ALL-UNNAMED
     * -Djdk.tracePinnedThreads=full
     *
     * @param args args
     * @throws Exception e
     */
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        String pinMode = System.getProperty("jdk.tracePinnedThreads");
        System.out.println("pin mode = " + pinMode);
        Tomcat tomcat = new Tomcat();
        Context context = tomcat.addContext("", (new File(".")).getAbsolutePath());
        Tomcat.addServlet(context, SERVLET_NAME, new VirtualThreadHandleServlet());
        context.addServletMappingDecoded(SERVLET_PATH, SERVLET_NAME);
        Connector connector = new Connector();
        ProtocolHandler protocolHandler = connector.getProtocolHandler();
        if (protocolHandler instanceof AbstractProtocol<?> protocol) {
            protocol.setAddress(InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
            protocol.setPort(9091);
            ThreadFactory factory = Thread.ofVirtual().name("embed-tomcat-virtualWorker-", 0).factory();
            Class<?> klass = Class.forName("java.util.concurrent.ThreadPerTaskExecutor");
            MethodHandle methodHandle = MethodHandles.privateLookupIn(klass, MethodHandles.lookup())
                    .findStatic(klass, "create", MethodType.methodType(klass, new Class[]{ThreadFactory.class}));
            ExecutorService executor = (ExecutorService) methodHandle.invoke(factory);
            protocol.setExecutor(executor);
        }
        tomcat.getService().addConnector(connector);
        tomcat.start();
    }
}

這里VirtualThreadHandleServlet匹配所有格式的請求路徑并且處理所有請求方法類型的請求。默認的虛擬線程調(diào)度器沒有為虛擬線程設(shè)置名稱，也就是如果使用Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()作為Tomcat的線程池是最終調(diào)用看到的控制臺輸出的虛擬線程名稱是一個空字符串。所以筆者這里用MethodHandle直接實例化了默認修飾符沒有開放訪問權(quán)限的ThreadPerTaskExecutor類，基于一個自定義的ThreadFactory強制構(gòu)造了一個自定義ThreadPerTaskExecutor實例。調(diào)用main方法啟動后見控制臺輸出：

這里確認了Tomcat啟動完成偵聽127.0.0.1:9091，通過瀏覽器或者POSTMAN發(fā)送任意請求例如http://127.0.0.1:9091/foo就能看到響應(yīng)結(jié)果和控制臺輸出：

這里的Tomcat線程池甚至可以設(shè)計為一個完全自定義的虛擬線程調(diào)度器，可以參考前面一篇文章，這里不再贅述。

暫時無法在SpringBoot體系中使用

由于Servlet規(guī)范問題，Tomcat的升級導致一些接口遷移到jakarta.servlet包中，例如jakarta.servlet.Servlet，此時SpringBoot體系即使是最新版本（當前時間為2022-10-07前后，此時最新版本為2.7.4）使用的是還是舊的規(guī)范，對應(yīng)的類是javax.servlet.Servlet，這只是其中一個接口，大部分和HTTP協(xié)議或者Servlet規(guī)范相關(guān)的接口都存在這個包升級不兼容的問題，需要等待SpringBoot升級為embed-tomcat-*-10.1.0+才能適配虛擬線程。