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Arthas-定位线上-Dubbo-线程池满异常

jiezi

作者 | 徐靖峰  阿里云高级开发工程师

前言

Dubbo 线程池满异常应该是大多数 Dubbo 用户都遇到过的一个问题，本文以 Arthas 3.1.7 版本为例，介绍如何针对该异常进行诊断，主要使用到 dashboard / thread 两个指令。

推荐使用 Arthas

  • 方式一：推荐使用 IDEA 插件下载 Cloud Toolkit 来使用 Arthas

Cloud Toolkit 是阿里云发布的免费本地 IDE 插件，帮助开发者更高效地开发、测试、诊断并部署应用。通过插件，可以将本地应用一键部署到任意服务器，甚至云端（ECS、EDAS、ACK、ACR 和 小程序云等）；并且还内置了 Arthas 诊断、Dubbo 工具、Terminal 终端、文件上传、函数计算 和 MySQL 执行器等工具。不仅仅有 IntelliJ IDEA 主流版本，还有 Eclipse、Pycharm、Maven 等其他版本。

  • 方式二：直接下载

Dubbo 线程池满异常介绍

理解线程池满异常需要首先了解 Dubbo 线程模型，官方文档：http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/demos/thread-model.html。

简单概括下 Dubbo 默认的线程模型：Dubbo 服务端每次接收到一个 Dubbo 请求，便交给一个线程池处理，该线程池默认有 200 个线程，如果 200 个线程都不处于空闲状态，则客户端会报出如下异常：

Caused by: java.util.concurrent.ExecutionException: org.apache.dubbo.remoting.RemotingException: Server side(192.168.1.101,20880) threadpool is exhausted ...

服务端会打印 WARN 级别的日志：

[DUBBO] Thread pool is EXHAUSTED!

引发该异常的原因主要有以下几点：

  • 客户端 / 服务端超时时间设置不合理，导致请求无限等待，耗尽了线程数；
  • 客户端请求量过大，服务端无法及时处理，耗尽了线程数；
  • 服务端由于 fullgc 等原因导致处理请求较慢，耗尽了线程数；
  • 服务端由于数据库、Redis、网络 IO 阻塞问题，耗尽了线程数；
  • …

原因可能很多，但究其根本，都是因为业务上出了问题，导致 Dubbo 线程池资源耗尽了。所以出现该问题，首先要做的是：排查业务异常。

紧接着针对自己的业务场景对 Dubbo 进行调优：

  • 调整 Provider 端的 dubbo.provider.threads 参数大小，默认 200，可以适当提高。多大算合适？至少 700 不算大；不建议调的太小，容易出现上述问题；
  • 调整 Consumer 端的 dubbo.consumer.actives 参数，控制消费者调用的速率。这个实践中很少使用，仅仅一提；
  • 客户端限流；
  • 服务端扩容；
  • Dubbo 目前不支持给某个 Service 单独配置一个隔离的线程池，用于保护服务，可能在以后的版本中会增加这个特性。

另外，不止 Dubbo 如此设计线程模型，绝大多数服务治理框架、HTTP 服务器都有业务线程池的概念，所以理论上它们都会有线程池满异常的可能，解决方案也类似。

那既然问题都解释清楚了，我们还需要排查什么呢？

一般在线上，有很多运行中的服务，这些服务都是共享一个 Dubbo 服务端线程池，可能因为某个服务的问题，导致整个应用被拖垮，所以需要排查是不是集中出现在某个服务上，再针对排查这个服务的业务逻辑；需要定位到线程堆栈，揪出导致线程池满的元凶。

定位该问题，我的习惯一般是使用 Arthas 的 dashboard 和 thread 命令，而在介绍这两个命令之前，我们先人为构造一个 Dubbo 线程池满异常的例子。

复现 Dubbo 线程池满异常

配置服务端线程池大小

dubbo.protocol.threads=10

默认大小是 200，不利于重现该异常。

模拟服务端阻塞

@Service(version = "1.0.0")
public class DemoServiceImpl implements DemoService {

    @Override
    public String sayHello(String name) {sleep();
        return "Hello" + name;
    }

    private void sleep() {
        try {Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
        }
    }

}

sleep 方法模拟了一个耗时操作，主要是为了让服务端线程池耗尽。

客户端多线程访问

for (int i = 0; i < 20; i++) {new Thread(() -> {while (true){
            try {Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            try {demoService.sayHello("Provider");
            } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
            }
        }
    }).start();}

问题复现

客户端


（客户端异常）

服务端


（服务端异常）

问题得以复现，保留该现场，并假设我们并不知晓 sleep 的耗时逻辑，使用 Arthas 来进行排查。

dashboard 命令介绍

$ dashboard

执行效果：


（dashboard）

可以看到如上所示的面板，显示了一些系统的运行信息，这里主要关注 THREAD 面板，介绍一下各列的含义：

  • ID: Java 级别的线程 ID，注意这个 ID 不能跟 jstack 中的 nativeID 一一对应；
  • NAME: 线程名；
  • GROUP: 线程组名；
  • PRIORITY: 线程优先级, 1~10 之间的数字，越大表示优先级越高；
  • STATE: 线程的状态；
  • CPU%: 线程消耗的 CPU 占比，采样 100ms，将所有线程在这 100ms 内的 CPU 使用量求和，再算出每个线程的 CPU 使用占比；
  • TIME: 线程运行总时间，数据格式为 分：秒
  • INTERRUPTED: 线程当前的中断位状态；
  • DAEMON: 是否是 daemon 线程。

在空闲状态下线程应该是处于 WAITING 状态，而因为 sleep 的缘故，现在所有的线程均处于 TIME_WAITING 状态，导致后来的请求被处理时，抛出了线程池满的异常。

在实际排查中，需要抽查一定数量的 Dubbo 线程，记录他们的线程编号，看看它们到底在处理什么服务请求。使用如下命令可以根据线程池名筛选出 Dubbo 服务端线程：

dashboard | grep "DubboServerHandler"

thread 命令介绍

使用 dashboard 筛选出个别线程 id 后，它的使命就完成了，剩下的操作交给 thread 命令来完成。其实，dashboard 中的 thread 模块，就是整合了 thread 命令，但是 dashboard 还可以观察内存和 GC 状态，视角更加全面，所以我个人建议，在排查问题时，先使用 dashboard 纵观全局信息。

thread 使用示例：

  • 查看当前最忙的前 n 个线程
$ thread -n 3


（thread -n）

  • 显示所有线程信息
$ thread

和 dashboard 中显示一致。

  • 显示当前阻塞其他线程的线程
$ thread -b
No most blocking thread found!
Affect(row-cnt:0) cost in 22 ms.

这个命令还有待完善，目前只支持找出 synchronized 关键字阻塞住的线程，如果是 java.util.concurrent.Lock，目前还不支持。

  • 显示指定状态的线程
$ thread --state TIMED_WAITING


（thread –state）

线程状态一共有 [RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, NEW, TERMINATED] 6 种。

  • 查看指定线程的运行堆栈
$ thread 46


（thread ${thread_id}）

介绍了几种常见的用法，在实际排查中需要针对我们的现场做针对性的分析，也同时考察了我们对线程状态的了解程度。我这里列举了几种常见的线程状态：

  • 初始(NEW)

新创建了一个线程对象，但还没有调用 start() 方法。

  • 运行(RUNNABLE)

Java 线程将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。

  • 阻塞(BLOCKED)

线程阻塞于锁。

  • 等待(WAITING)

进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）：

  1. Object#wait() 且不加超时参数
  2. Thread#join() 且不加超时参数
  3. LockSupport#park()
  • 超时等待(TIMED_WAITING)

该状态不同于 WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。

  1. Thread#sleep()
  2. Object#wait() 且加了超时参数
  3. Thread#join() 且加了超时参数
  4. LockSupport#parkNanos()
  5. LockSupport#parkUntil()‘
  • 终止(TERMINATED)

标识线程执行完毕。

状态流转图


（线程状态）

问题分析

分析线程池满异常并没有通法，需要灵活变通，我们对下面这些 case 一个个分析：

  • 阻塞类问题。例如数据库连接不上导致卡死，运行中的线程基本都应该处于 BLOCKED 或者 TIMED_WAITING 状态，我们可以借助 thread --state 定位到；
  • 繁忙类问题。例如 CPU 密集型运算，运行中的线程基本都处于 RUNNABLE 状态，可以借助于 thread -n 来定位出最繁忙的线程；
  • GC 类问题。很多外部因素会导致该异常，例如 GC 就是其中一个因素，这里就不能仅仅借助于 thread 命令来排查了；
  • 定点爆破。还记得在前面我们通过 grep 筛选出了一批 Dubbo 线程，可以通过 thread ${thread_id} 定向的查看堆栈，如果统计到大量的堆栈都是一个服务时，基本可以断定是该服务出了问题，至于说是该服务请求量突然激增，还是该服务依赖的某个下游服务突然出了问题，还是该服务访问的数据库断了，那就得根据堆栈去判断了。

总结

本文以 Dubbo 线程池满异常作为引子，介绍了线程类问题该如何分析，以及如何通过 Arthas 快速诊断线程问题。有了 Arthas，基本不再需要 jstack 将 16 进制转来转去了，大大提升了诊断速度。

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