ในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์เธรดเสมือน (Virtual Thread ) คือเธรดที่ได้รับการจัดการโดยไลบรารีรันไทม์หรือเครื่องเสมือน (Virtual Machine: VM) และถูกสร้างขึ้นให้มีลักษณะคล้ายกับเธรดเคอร์เนลสำหรับโค้ดที่ทำงานอยู่บนนั้น ในขณะที่ต้องการทรัพยากรน้อยกว่าเธรดเคอร์เนลอย่างมาก

เธรดเสมือนช่วยให้สามารถจัดการงานและเหตุการณ์แบบแทรกแซงได้หลายสิบล้านรายการบนคอมพิวเตอร์ระดับผู้บริโภคในปี 2021 ^{[ 1 ]} เมื่อเทียบกับ เธรดระบบปฏิบัติการเพียงไม่กี่พัน รายการ ^{[ 2 ]}การดำเนินการแบบแทรกแซง^{[ 3 ]}มีความสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพผ่านการทำงานแบบขนานและเวลาตอบสนองแบบแทรกแซงที่รวดเร็วสำหรับเหตุการณ์หลายสิบล้านรายการ

โครงสร้างก่อนหน้านี้ที่ไม่ใช่หรือไม่ได้เป็นการชิงจังหวะเสมอไป เช่นcoroutines , green threads หรือ Node.jsที่ส่วนใหญ่เป็นเธรดเดียวทำให้เกิดความล่าช้าในการตอบสนองต่อเหตุการณ์แบบอะซิงโครนัส เช่น คำขอขาเข้าทุกรายการในแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์^{[ 4 ]}

เธรดเสมือนสามารถแย่งชิงการทำงานได้

• สิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพการตอบสนองคือ เธรดเสมือนสามารถตอบสนองต่อเหตุการณ์ต่างๆ ได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากโปรแกรมเมอร์ หรือก่อนที่จะเสร็จสิ้นภารกิจปัจจุบัน
• การแทรกแซงการทำงาน (Preemption) จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรด เพื่อหลีกเลี่ยงการเขียนข้อมูลที่ไม่สมบูรณ์ การแข่งขันของข้อมูล และการเขียนข้อมูลที่มองไม่เห็นโดยเธรดอื่น

เธรดเสมือนสามารถข้ามไปยังหน่วยประมวลผลของโปรเซสเซอร์และคอร์ทั้งหมดได้

• วิธีนี้ช่วยให้สามารถใช้ประโยชน์จากฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• Go (ตั้งแต่เวอร์ชัน 1.18) ใช้คิวเธรดเสมือนต่อหน่วยการดำเนินการมีเธรดเสมือนเพิ่มเติมที่ไม่ได้จัดสรรให้กับหน่วยการดำเนินการ และหน่วยการดำเนินการสามารถขโมยเธรดเสมือนจากหน่วยการดำเนินการอื่นได้^{[ 5 ]}

เธรดเสมือนไม่ต้องการคำสั่ง yield หรือการแทรกแซงใดๆ จากโปรแกรมเมอร์

• เธรดเสมือนจะทำงานอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะส่งค่ากลับหรือหยุดที่การล็อกการซิงโครไนซ์
• ต่างจากโครูทีน หากเธรดเสมือนอยู่ในลูปไม่สิ้นสุด มันจะไม่บล็อกโปรแกรม การทำงานจะดำเนินต่อไปด้วยภาระ CPU ที่สูงขึ้น แม้ว่าจะมีเธรดที่วนลูปมากกว่าหน่วยประมวลผลที่มีอยู่ก็ตาม

เธรดเสมือนสามารถมีจำนวนนับสิบล้านได้ โดยการใช้สแต็กขนาดเล็กที่มักได้รับการจัดการ

• วิธีนี้ช่วยให้สามารถใช้งานเธรดได้มากกว่าการใช้เธรดของระบบปฏิบัติการหลายเท่าตัว
• Go 1.18 สามารถสร้างเธรดเสมือนได้ถึง 15 ล้านเธรดบนคอมพิวเตอร์ระดับผู้บริโภคปี 2021 หรือประมาณ 350,000 เธรดต่อกิกะไบต์ของหน่วยความจำหลัก ซึ่งเป็นไปได้ด้วยคุณสมบัติของ goroutine ที่มีสแต็กที่ปรับขนาดได้และมีขนาดเล็กกว่า 3 กิโลไบต์

สามารถจัดสรรเธรดเสมือนได้อย่างรวดเร็ว

• เนื่องจากการจัดสรรเธรดเสมือนมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการจัดสรรหน่วยความจำ จึงสามารถจัดสรรได้อย่างรวดเร็วมาก
• การเริ่มต้นทำงานที่รวดเร็วยิ่งขึ้นช่วยลดความจำเป็นในการใช้พูลเธรดที่เปิดใช้งานล่วงหน้าเพื่อรองรับปริมาณการใช้งานที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน

เธรดเสมือนใช้หน่วยความจำร่วมกันเช่นเดียวกับเธรดของระบบปฏิบัติการ

• เช่นเดียวกับเธรดของระบบปฏิบัติการ เธรดเสมือนจะใช้หน่วยความจำร่วมกันระหว่างกระบวนการ และสามารถใช้และเข้าถึงวัตถุในหน่วยความจำได้อย่างอิสระ โดยขึ้นอยู่กับการซิงโครไนซ์
• สถาปัตยกรรมแบบเธรดเดียวบางประเภท เช่น เอ็นจิ้น V8 ECMAScriptที่ใช้ใน Node.js ไม่ยอมรับข้อมูลที่เธรดนั้นไม่ได้จัดสรรไว้โดยตรง จึงจำเป็นต้องใช้ชนิดข้อมูลแบบzero-copy พิเศษเมื่อต้องการแชร์ข้อมูลระหว่างเธรด

เธรดเสมือนช่วยให้สามารถประมวลผลแบบขนานได้เช่นเดียวกับเธรดของระบบปฏิบัติการ

• การประมวลผลแบบขนานหมายความว่าคำสั่งหลายคำสั่งจะถูกดำเนินการพร้อมกันอย่างแท้จริง ซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานเร็วขึ้นอย่างมาก
• นี่แตกต่างจากการทำงานพร้อมกันแบบง่ายๆ ซึ่งหน่วยประมวลผลเดียวจะประมวลผลหลายเธรดที่แบ่งปันกันในช่วงเวลาสั้นๆ การแบ่งเวลาทำให้แต่ละเธรดดูเหมือนกำลังทำงานอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าการทำงานพร้อมกันจะง่ายต่อการใช้งานและเขียนโปรแกรม แต่ก็ไม่ได้ให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นแต่อย่างใด

เซิร์ฟเวอร์ Java มีโครงสร้างซอฟต์แวร์ที่กว้างขวางและใช้หน่วยความจำมาก ทำให้เธรดระบบปฏิบัติการหลายสิบเธรดสามารถดำเนินการคำขอหลายพันรายการต่อวินาทีได้โดยไม่ต้องใช้เธรดเสมือน สิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพในที่นี้คือการลดความหน่วงเริ่มต้นในการประมวลผลเธรดและลดเวลาที่เธรดระบบปฏิบัติการถูกบล็อกให้น้อยที่สุด^{[ 6 ]}

เธรดเสมือนเพิ่มความสามารถในการทำงานพร้อมกันได้หลายเท่าตัว ในขณะที่ การทำงาน แบบขนานที่เกิดขึ้นจริงนั้นถูกจำกัดด้วยหน่วยประมวลผลที่มีอยู่และการประมวลผลแบบไปป์ไลน์ที่นำเสนอโดยโปรเซสเซอร์และคอร์โปรเซสเซอร์ในปัจจุบัน ในปี 2021 คอมพิวเตอร์ระดับผู้บริโภคโดยทั่วไปจะมีหน่วยประมวลผลพร้อมกันได้หลายสิบหน่วย^{[ 7 ]}เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพผ่านการทำงานแบบขนาน รันไทม์ของภาษาจำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ทั้งหมด^{[ 8 ]} ไม่ใช่แบบเธรดเดียวหรือมีการซิงโคร ไน ซ์ทั่วโลก เช่นการล็อกตัวแปลทั่วโลก

ความสามารถในการเพิ่มจำนวนรายการที่สามารถแย่งชิงได้หลายเท่าตัวที่เสนอโดยเธรดเสมือนนั้นเกิดขึ้นได้จากการจัดการสแต็กเธรดที่ปรับขนาดได้ของรันไทม์ภาษา^{[ 9 ]}สแต็กเหล่านั้นมีขนาดเล็กกว่าสแต็กของเธรดระบบปฏิบัติการ จำนวนเธรดสูงสุดที่เป็นไปได้โดยไม่ต้องสลับนั้นเป็นสัดส่วนกับปริมาณหน่วยความจำหลัก^{[ 10 ]}

เพื่อรองรับเธรดเสมือนอย่างมีประสิทธิภาพ รันไทม์ของภาษาจะต้องถูกเขียนใหม่เป็นส่วนใหญ่เพื่อป้องกันการเรียกแบบบล็อกไม่ให้ขัดขวางเธรดของระบบปฏิบัติการที่ได้รับมอบหมายให้ดำเนินการเธรดเสมือน^{[ 11 ]}และเพื่อจัดการสแต็กเธรด^{[ 12 ]}ตัวอย่างของการปรับปรุงรันไทม์ที่มีอยู่ให้รองรับเธรดเสมือนคือProject Loomของ Java ^{[ 13 ]}ตัวอย่างของภาษาใหม่ที่ออกแบบมาสำหรับเธรดเสมือนคือ Go ^{[ 14 ]}

เนื่องจากเธรดเสมือนช่วยให้สามารถทำงานแบบขนานได้ โปรแกรมเมอร์จึงจำเป็นต้องมีทักษะในการเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรดและการซิงโครไนซ์

เนื่องจากเธรดเสมือนที่ถูกบล็อกจะบล็อกเธรดของระบบปฏิบัติการที่มันกำลังใช้งานอยู่ ณ ขณะนั้น จึงต้องใช้ความพยายามอย่างมากในขั้นตอนการทำงานเพื่อจัดการกับการเรียกใช้ระบบที่ทำให้เกิดการบล็อก โดยทั่วไปแล้ว จะใช้เธรดจากกลุ่มเธรดสำรองของระบบปฏิบัติการเพื่อเรียกใช้ฟังก์ชันที่ทำให้เกิดการบล็อกสำหรับเธรดเสมือน เพื่อไม่ให้เธรดของระบบปฏิบัติการที่กำลังทำงานอยู่ถูกบล็อก

การจัดการสแต็กเธรดเสมือนต้องใช้ความระมัดระวังในส่วนของลิงเกอร์ และการคาดการณ์ความต้องการพื้นที่สแต็กเพิ่มเติมในระยะเวลาอันสั้น

เธรดเสมือนใช้สำหรับจัดลำดับกิจกรรมอินพุต/เอาต์พุตแบบซิงเกิลตัน และพร้อมใช้งานสำหรับนักพัฒนาที่ขยายเบราว์เซอร์ เมื่อเธรดเสมือนกำลังทำงาน มันสามารถกระโดดไปยังเธรดระบบปฏิบัติการอื่นได้^{[ 15 ]}

goroutineในภาษา Go กลายเป็นแบบ preemptive ตั้งแต่ Go 1.4 ในปี 2014 และเป็นตัวอย่างที่โดดเด่นของการใช้งาน virtual threads

Java ได้แนะนำเธรดเสมือนแบบ preemptive เป็นส่วนใหญ่ในปี 2023 ด้วย Java 21 โดยมีข้อจำกัดว่าโค้ดใดๆ ที่ทำงานบนเธรดเสมือนซึ่งใช้ บล็อก synchronizedหรือการเรียกแบบเนทีฟจะถูกตรึงไว้กับเธรดระบบปฏิบัติการหลัก^{[ 16 ]}ข้อจำกัดดังกล่าวได้รับการแก้ไขใน Java 24 ^{[ 17 ]}

Intel ^{[ 18 ]}ในปี 2550 ได้อ้างถึง เทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพเฉพาะ คอมไพเลอร์ ของ Intel ว่าเป็นเธรดเสมือน

• อะซิงโครนัส/อะไวต์
• กระบวนการน้ำหนักเบา
• โครูทีน
• การล็อกตัวแปลภาษาทั่วโลก
• ไฟเบอร์ (วิทยาการคอมพิวเตอร์)
• GNU Portable Threads
• โปรโตเธรด

• massivevirtualparallelism โปรแกรม Go ทดสอบข้อจำกัดของเธรดเสมือน