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JDK21虚拟线程:百万级并发连接的压力测试报告.pdf
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目录
JDK21虚拟线程:百万级并发连接的压力测试报告
一、引言
1.1 背景介绍
1.2 研究目的
1.3 报告结构概述
二、JDK 21 虚拟线程概述
2.1 虚拟线程的概念
2.2 虚拟线程的工作原理
2.2.1 纤程与调度器
2.2.2 栈内存管理
2.3 虚拟线程的优势
2.3.1 低资源消耗
2.3.2 高并发处理能力
2.3.3 简化编程模型
三、压力测试环境搭建
3.1 硬件环境
3.1.1 服务器配置
3.1.2 网络设备
3.2 软件环境
3.2.1 操作系统
3.2.2 Java 开发环境
3.2.3 压力测试工具
3.3 网络环境
3.3.1 网络拓扑
3.3.2 网络配置
3.4 系统参数调优
3.4.1 Linux 内核参数
3.4.2 Java 虚拟机参数
四、百万级并发连接压力测试方案设计
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测试报告测试报告测试报告
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测试报告测试报告
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测试报告
2025年04月27日
第 1 页 共 26 页

4.1 测试目标明确
4.2 测试用例设计
4.2.1 测试场景划分
4.2.2 具体测试用例
4.3 测试指标确定
4.4 测试执行流程规划
4.4.1 测试环境准备
4.4.2 测试用例执行
4.4.3 数据收集与分析
4.4.4 测试报告生成
4.5 对比测试设计
五、压力测试代码实现
5.1 服务器端代码实现
5.1.1 基于虚拟线程的服务器端代码
5.1.2 基于传统线程的服务器端代码
5.2 客户端代码实现
5.2.1 基于虚拟线程的客户端代码
5.2.2 基于传统线程的客户端代码
5.3 代码说明与注意事项
六、压力测试结果分析
6.1 资源占用情况分析
6.1.1 CPU 使用率
6.1.2 内存占用量
6.1.3 网络带宽消耗
6.2 响应时间分析
6.2.1 平均响应时间
6.2.2 最大响应时间
6.3 吞吐量分析
6.3.1 整体吞吐量对比
6.3.2 吞吐量随并发连接数的变化趋势
6.4 错误率分析
6.4.1 不同场景下的错误率
6.4.2 错误类型分析
七、虚拟线程与传统线程对比
7.1 资源占用对比
7.1.1 内存占用
7.1.2 CPU 资源
7.2 并发处理能力对比
7.2.1 可创建线程数量
7.2.2 任务处理效率
7.3 编程模型复杂度对比
7.3.1 传统线程编程
7.3.2 虚拟线程编程
八、实际应用场景探讨
8.1 Web 服务器
8.1.1 高并发请求处理
8.1.2 异步 I/O 操作
8.2 大数据处理
8.2.1 数据并行处理
8.2.2 分布式计算
2025年04月27日
第 2 页 共 26 页

8.3 游戏服务器
8.3.1 多玩家实时交互
8.3.2 游戏逻辑处理
九、总结与展望
9.1 测试总结
9.2 应用建议
9.3 未来展望
JDK21虚拟线程:百万级并发连接的压力测试报告
一、引言
1.1 背景介绍
在当今数字化时代,互联网应用面临着日益增长的并发访问需求。从电商平台的秒杀活动到在线游戏的大规模对战,每一次高并
发场景都对系统的性能和稳定性提出了严峻挑战。传统的线程模型在处理大量并发连接时,由于线程的创建、调度和上下文切换
等操作会消耗大量的系统资源,容易导致系统性能瓶颈甚至崩溃。因此,如何高效地处理百万级甚至更高的并发连接成为了技术
领域的热门研究课题。
JDK 21 引入的虚拟线程(Virtual Threads)为解决高并发问题提供了一种全新的思路。虚拟线程是轻量级的线程实现,由 Java
虚拟机(JVM)进行管理,与传统的操作系统线程相比,虚拟线程的创建和销毁成本极低,并且可以在少量的操作系统线程上多
路复用,从而显著提高系统的并发处理能力。
1.2 研究目的
本次压力测试的主要目的是评估 JDK 21 虚拟线程在处理百万级并发连接时的性能表现。通过模拟真实的高并发场景,对比虚拟
线程与传统线程在资源占用、响应时间、吞吐量等方面的差异,为技术开发人员在实际项目中选择合适的并发处理方案提供参考
依据。同时,深入研究虚拟线程的工作原理和使用方法,探索其在不同应用场景下的优势和局限性。
1.3 报告结构概述
本报告将按照以下结构进行组织:
引言:介绍本次压力测试的背景、目的和报告结构。
JDK 21 虚拟线程概述:详细阐述虚拟线程的概念、工作原理和优势。
压力测试环境搭建:说明测试所使用的硬件环境、软件环境和网络环境。
百万级并发连接压力测试方案设计:描述测试方案的设计思路、测试用例和测试指标。
压力测试代码实现:给出使用虚拟线程和传统线程实现百万级并发连接的代码示例。
压力测试结果分析:对测试结果进行详细分析,包括资源占用、响应时间、吞吐量等方面的对比。
虚拟线程与传统线程对比:从多个维度对比虚拟线程和传统线程的优缺点。
实际应用场景探讨:探讨虚拟线程在不同实际应用场景中的适用性和潜在价值。
总结与展望:总结本次压力测试的主要结论,对虚拟线程的未来发展进行展望。
二、JDK 21 虚拟线程概述
2.1 虚拟线程的概念
2025年04月27日
第 3 页 共 26 页

在传统的 Java 编程里,线程是和操作系统线程一一对应的,这意味着每创建一个 Java 线程,操作系统就要创建一个对应的线
程。这种对应关系在处理少量线程时没有问题,但当需要处理大量并发连接,像百万级并发连接时,系统资源就会被大量消耗在
创建、调度和管理这些线程上。
虚拟线程是 JDK 21 引入的一种轻量级线程,它由 Java 虚拟机(JVM)管理,而不是直接映射到操作系统线程。虚拟线程的创建
和销毁成本极低,因为它们不依赖于操作系统的线程创建和销毁机制。虚拟线程可以在少量的操作系统线程上多路复用,使得在
有限的系统资源下可以创建和管理大量的虚拟线程,从而显著提高系统的并发处理能力。
2.2 虚拟线程的工作原理
2.2.1 纤程与调度器
虚拟线程本质上是一种纤程(Fiber),纤程是一种用户态的轻量级线程。JDK 21 中的虚拟线程由 JVM 的调度器进行管理和调
度。调度器负责将虚拟线程分配到操作系统线程上执行,当一个虚拟线程遇到阻塞操作(如 I/O 操作)时,调度器会将该虚拟线
程挂起,并将操作系统线程分配给其他虚拟线程执行,从而避免了操作系统线程的阻塞,提高了系统资源的利用率。
2.2.2 栈内存管理
虚拟线程的栈内存是由 JVM 管理的,而不是像传统线程那样由操作系统分配固定大小的栈内存。虚拟线程的栈内存是动态分配
的,只有在需要时才会分配内存,这样可以大大减少内存的占用。
2.3 虚拟线程的优势
2.3.1 低资源消耗
由于虚拟线程的创建和销毁成本极低,且栈内存是动态分配的,因此在处理大量并发连接时,虚拟线程可以显著减少系统资源的
消耗。与传统线程相比,虚拟线程可以在相同的硬件资源下处理更多的并发任务。
2.3.2 高并发处理能力
虚拟线程可以在少量的操作系统线程上多路复用,使得系统可以同时处理大量的并发连接。在高并发场景下,虚拟线程的性能表
现明显优于传统线程。
2.3.3 简化编程模型
在传统的多线程编程中,为了处理大量的并发连接,开发人员需要使用复杂的线程池和异步编程模型。而虚拟线程的出现,使得
开发人员可以使用简单的同步编程模型来处理高并发场景,大大简化了编程难度。
以下是一个简单的使用虚拟线程的代码示例:
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class VirtualThreadExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个虚拟线程执行器
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
// 提交 100 个任务
for (int i = 0; i < 100; i++) {
final int taskId = i;
executor.submit(() -> {
System.out.println("Task " + taskId + " is running on virtual thread: " + Thread.currentThread());
try {
// 模拟任务执行
Thread.sleep(100);
2025年04月27日
第 4 页 共 26 页

} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Task " + taskId + " is completed.");
});
}
// 关闭执行器
executor.shutdown();
}
}
在这个示例中,我们使用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor() 创建了一个虚拟线程执行器,然后提交了 100 个任务。
每个任务都会在一个独立的虚拟线程上执行。
三、压力测试环境搭建
3.1 硬件环境
3.1.1 服务器配置
为了能够准确模拟百万级并发连接,我们选用了高性能的服务器作为测试环境。具体配置如下:
CPU:采用了英特尔至强系列的多核处理器,如 Intel Xeon Platinum 8380 处理器,具有 40 个物理核心和 80 个逻辑核
心。多核处理器能够为大量虚拟线程的并发执行提供充足的计算资源,确保在高并发场景下系统不会因为 CPU 性能瓶颈
而影响测试结果。
内存:配备了 512GB 的 DDR4 内存。在处理百万级并发连接时,系统需要大量的内存来存储线程的上下文信息、网络缓
冲区数据等。足够的内存可以避免因内存不足导致的频繁内存交换,从而保证系统的稳定性和测试的准确性。
存储:使用了高速的 NVMe SSD 作为存储设备,容量为 4TB。NVMe SSD 具有极高的读写速度,能够快速处理大量的
日志文件和测试数据,减少 I/O 操作对系统性能的影响。
3.1.2 网络设备
网卡:服务器配备了 100Gbps 的以太网网卡,以满足高并发连接下的网络带宽需求。高速网卡可以确保在百万级并发连
接时,数据能够快速地在服务器和客户端之间传输,避免网络带宽成为测试的瓶颈。
交换机:选用了企业级的三层交换机,支持 100Gbps 端口,具备高带宽、低延迟和强大的转发能力。交换机能够提供稳
定的网络连接,确保测试过程中网络的可靠性。
3.2 软件环境
3.2.1 操作系统
服务器操作系统选择了 Linux 发行版,如 Ubuntu Server 22.04 LTS。Linux 操作系统具有高度的稳定性、可扩展性和性能优化
能力,并且对 Java 应用程序的支持非常良好。同时,Linux 系统提供了丰富的系统管理工具和网络配置选项,方便我们进行测试
环境的搭建和优化。
3.2.2 Java 开发环境
JDK 版本:安装 JDK 21,因为我们的测试主要围绕 JDK 21 引入的虚拟线程特性展开。JDK 21 提供了对虚拟线程的原生
支持,确保我们能够准确地测试虚拟线程在百万级并发连接下的性能。
环境变量配置:配置好 JAVA_HOME 环境变量,将 JDK 的 bin 目录添加到系统的 PATH 环境变量中,以便系统能够正确
识别和调用 Java 命令。
2025年04月27日
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