仮想スレッド

概要

仮想かそうスレッド（Virtual Threads）は Project Loom で導入どうにゅうされた軽量けいりょうスレッド実装じっそうで、JDK 21 から正式せいしきに利用りよう可能かのう。

スレッドタイプ

Platform Thread（プラットフォームスレッド）

• OS Thread によって実行じっこうされる
• 各かく Platform Thread は一ひとつの OS Thread に対応たいおう
• 作成さくせいと切きり替かえコストが高たかい

Virtual Thread（仮想スレッド）

• Platform Thread によって実行じっこうされる
• 複数ふくすうの Virtual Thread が同おなじ Platform Thread を共有きょうゆうできる
• 全すべての Virtual Thread の記憶きおく管理かんりは Heap 内で行おこなわれ、通常つうじょうのオブジェクトと同おなじ

  flowchart TB
    subgraph VT[Virtual Threads]
        V1[VT 1]
        V2[VT 2]
        V3[VT 3]
        V4[VT 4]
    end
    subgraph PT[Platform Threads]
        P1[PT 1]
        P2[PT 2]
    end
    subgraph OS[OS Threads]
        O1[OS Thread 1]
        O2[OS Thread 2]
    end

    V1 & V2 --> P1
    V3 & V4 --> P2
    P1 --> O1
    P2 --> O2

なぜ仮想スレッドが必要か？

従来モデルの問題

Thread-per-request モデルでは、各かくリクエストに一ひとつの OS Thread が必要ひつよう：

  flowchart LR
    PT[Platform Thread] ==> OS[Kernel Thread]

問題もんだい：

• OS Thread は Memory blocked/IO 待機たいき時じに不必要ふひつようにロックされる
• システムリソースの浪費ろうひ
• アプリケーションの並行へいこう能力のうりょくが制限せいげんされる

仮想スレッドのソリューション

仮想かそうスレッドは実際じっさいの作業さぎょうを実行じっこうしていない時とき、stack chunk object として Java Heap 記憶きおく領域りょういきに格納かくのうされる。

仮想スレッドの作成

Thread.ofVirtual() を使用

Thread vThread = Thread.ofVirtual()
    .name("virtual-thread-1")
    .start(() -> {
        System.out.println("Hello from virtual thread!");
    });

ExecutorService を使用

try (ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    executor.submit(() -> {
        System.out.println("Task running on virtual thread");
    });
}

性能比較

使用シーン

仮想スレッドが適切

• IO 集約しゅうやく型タスク：HTTP リクエスト、DB クエリ、ファイル操作そうさ
• 高こう並行へいこうサービス：Web サーバーで大量たいりょうのリクエストを処理しょり
• 長時間ちょうじかん待機たいき：外部がいぶサービスの応答おうとう待まち

仮想スレッドが不適切

• CPU 集約しゅうやく型タスク：数学すうがく計算けいさん、画像がぞう処理しょり
• スレッドアフィニティが必要ひつよう：一部いちぶの Native ライブラリ
• synchronized ブロック内の長時間ちょうじかん操作そうさ

注意事項

// 非推奨：virtual thread pinning を引き起こす可能性
synchronized (lock) {
    // 長時間 IO 操作
}

// 推奨：ReentrantLock を使用
lock.lock();
try {
    // 長時間 IO 操作
} finally {
    lock.unlock();
}

既存コードとの統合

仮想かそうスレッドは既存きそんの Thread API と完全かんぜんに互換性ごかんせいがあり、シームレスに統合とうごうできる：

// 旧コード
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(100);

// 仮想スレッドへ移行
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

Structured Concurrency（構造化並行性）

JDK 21 は仮想かそうスレッドと併あわせて使用しようする構造こうぞう化か並行性へいこうせいのプレビュー機能きのうも導入どうにゅう：

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> task1 = scope.fork(() -> fetchData1());
    Future<String> task2 = scope.fork(() -> fetchData2());

    scope.join();           // 全タスク完了を待機
    scope.throwIfFailed();  // 例外があればスロー

    return task1.resultNow() + task2.resultNow();
}

参考リソース

• Java Thread Practices Collection
• JEP 444: Virtual Threads
• Project Loom