没想到这么简单的线程池用法深藏这么多坑

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又又又踩坑了

生产有个对账系统，每天需要从渠道端下载对账文件，然后开始日终对账。这个系统已经运行了很久，前两天突然收到短信预警，没有获取渠道端对账文件。

ps: 对账系统详细实现方式：对账系统设计与实现

本以为又是渠道端搞事情，上去一排查才发现，所有下载任务都被阻塞了。再进一步排查源码，才发现自己一直用错了线程池某个方法。

由于线程创建比较昂贵，正式项目中我们都会使用线程池执行异步任务。线程池，使用池化技术保存线程对象，使用的时候直接取出来，用完归还以便使用。

虽然线程池的使用非常方法非常简单，但是越简单，越容易踩坑。细数一下，这些年来因为线程池导致生产事故也有好几起。

所以今天，小黑哥就针对线程池的话题，给大家演示一下怎么使用线程池才会踩坑。

希望大家看完，可以完美避开这些坑~

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慎用 Executors 组件

Java 从 JDK1.5 开始提供线程池的实现类，我们只需要在构造函数内传入相关参数，就可以创建一个线程池。

不过线程池的构造函数可以说非常复杂，就算最简单的那个构造函数，也需要传入 5 个参数。这对于新手来说，非常不方便哇。

也许 JDK 开发者也考虑到这个问题，所以 非常贴心 给我们提供一个工具类 Executors，用来快捷创建创建线程池。

虽然这个工具类使用真的非常方便，可以少写很多代码，但是小黑哥还是建议生产系统还是老老实实手动创建线程池，慎用 Executors，尤其是工具类中两个方法 Executors#newFixedThreadPool 与 Executors#newCachedThreadPool。

如果你图了方便使用上述方法创建了线程池，那就是一颗定时炸弹，说不准那一天生产系统就会????。

我们来看两个????，看下这个这两个方法会有什么问题。

假设我们有个应用有个批量接口，每次请求将会下载 100w 个文件，这里我们使用 Executors#newFixedThreadPool批量下载。

下面方法中，我们随机休眠，模拟真实下载耗时。

为了快速复现问题，调整 JVM 参数为 -Xmx128m -Xms128m。

private ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

/**
 * 批量下载对账文件
 *
 * @return
 */
@RequestMapping("/batchDownload")
public String batchDownload() {
    
    // 模拟下载 100w 个文件
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {threadPool.execute(() -> {
            // 随机休眠，模拟下载耗时
            Random random = new Random();
            try {TimeUnit.SECONDS.sleep(random.nextInt(100));
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    return "process";
}

程序运行之后，多请求几次这个批量下载方法，程序很快就会 OOM。

查看 Executors#newFixedThreadPool源码，我们可以看到这个方法创建了一个默认的 LinkedBlockingQueue 当做任务队列。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

这个问题槽点就在于 LinkedBlockingQueue，这个队列的默认构造方法如下：

/**
 * Creates a {@code LinkedBlockingQueue} with a capacity of
 * {@link Integer#MAX_VALUE}.
 */
public LinkedBlockingQueue() {this(Integer.MAX_VALUE);
}

创建 LinkedBlockingQueue 队列时，如果我们不指定队列数量，默认数量上限为 Integer.MAX_VALUE。这么大的数量，我们简直可以当做无界队列了。

上面我们使用 newFixedThreadPool，我们仅使用了固定数量的线程下载。如果线程都在执行任务，线程池将会任务加入任务队列中。

如果线程池执行任务过慢，任务将会一直堆积在队列中。由于我们队列可以认为是无界的，可以无限制添加任务，这就导致内存占用越来越高，直到 OOM 爆仓。

ps：线程池基本工作原理

下面我们将上面的例子稍微修改一下，使用 newCachedThreadPool 创建线程池。

程序运行之后，多请求几次这个批量下载方法，程序很快就会 OOM，不过这次报错信息与之前信息与之前不同。

从报错信息来看，这次 OOM 的主要原因是因为无法再创建新的线程。

这次看下一下 newCachedThreadPool 方法的源码，可以看到这个方法将会创建最大线程数为 Integer.MAX_VALUE 的的线程池。

由于这个线程池使用 SynchronousQueue 队列，这个队列比较特殊，没办法存储任务。所以默认情况下，线程池只要接到一个任务，就会创建一个线程。

一旦线程池收到大量任务，就会创建大量线程。Java 中的线程是会占用一定的内存空间，所以创建大量的线程是必然会导致 OOM。

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复用线程池

由于线程池的构造方法比较复杂，而 Executors 创建的线程池比较坑，所以我们有个项目中自己封装了一个线程池工具类。

工具类代码如下：

public static ThreadPoolExecutor getThreadPool() {
    // 为了快速复现问题，故将线程池 核心线程数与最大线程数设置为 100
    return new ThreadPoolExecutor(100, 100, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(200));
}

项目代码中这样使用这个工具类：

@RequestMapping("/batchDownload")
public String batchDownload() {ExecutorService threadPool = ThreadPoolUtils.getThreadPool();

    // 模拟下载 100w 个文件
    for (int i = 0; i < 100; i++) {threadPool.execute(() -> {
            // 随机休眠，模拟下载耗时
            Random random = new Random();
            try {TimeUnit.SECONDS.sleep(random.nextInt(100));
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    return "process";
}

使用 WRK 工具对这个接口同时发起多个请求，很快应用就会抛出 OOM。

每次请求都会创建一个新的线程池执行任务，如果短时间内有大量的请求，就会创建很多的线程池，间接导致创建很多线程。从而导致内存占尽，发生 OOM 问题。

这个问题修复办法很简单，要么工具类生成一个单例线程池，要么项目代码中复用创建出来的线程池。

Spring 异步任务

上面代码中我们都是自己创建一个线程池执行异步任务，这样还是比较麻烦。在 Spring 中，我们可以在方法上使用 Spring 注解 @Async，然后执行异步任务。

代码如下：

@Async
public void async() throws InterruptedException {log.info("async process");
    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(random.nextInt(100));
}

不过使用 Spring 异步任务，我们需要自定义线程池，不然大量请求下，还是有可能发生 OOM 问题。

这是原因主要是 Spring 异步任务默认使用 Spring 内部线程池 SimpleAsyncTaskExecutor。

这个线程池比较坑爹，不会 复用线程。也就是说来一个请求，将会新建一个线程。

所以如果需要使用异步任务，一定要使用自定义线程池替换默认线程池。

如果使用 XML 配置，我们可以增加如下配置：

<task:executor id="myexecutor" pool-size="5"  />
<task:annotation-driven executor="myexecutor"/>

如果使用注解配置，我们需要设置一个 Bean：

@Bean(name = "threadPoolTaskExecutor")
public Executor threadPoolTaskExecutor() {ThreadPoolTaskExecutor executor=new ThreadPoolTaskExecutor();
    executor.setCorePoolSize(5);
    executor.setMaxPoolSize(10);
    executor.setThreadNamePrefix("test-%d");
    // 其他设置
    return new ThreadPoolTaskExecutor();}

然后使用注解时指定线程池名称：

@Async("threadPoolTaskExecutor")
public void xx() {// 业务逻辑}

如果是 SpringBoot 项目，从本人测试情况来看，默认将会创建核心线程数为 8，最大线程数为 Integer.MAX_VALUE，队列数也为 Integer.MAX_VALUE线程池。

ps: 以下代码基于 Spring-Boot 2.1.6-RELEASE，暂不确定 Spring-Boot 1.x 版本是否也是这种策略，熟悉的同学的，也可以留言指出一下。

虽然上面的线程池不用担心创建过多线程的问题，不是还是有可能队列任务过多，导致 OOM 的问题。所以还是建议使用自定义线程池吗，或者在配置文件修改默认配置，例如：

spring.task.execution.pool.core-size=10
spring.task.execution.pool.max-size=20
spring.task.execution.pool.queue-capacity=200

Spring 相关踩坑案例：Spring 定时任务突然不执行

线程池方法使用不当

最后再来说下文章开头的我踩到的这个坑，这个问题主要是因为理解错这个方法。

错误代码如下：

// 创建线程池
ExecutorService threadPool = ...
List<Callable<String>> tasks = new ArrayList<>();
// 批量创建任务
for (int i = 0; i < 100; i++) {tasks.add(() -> {Random random = new Random();
        try {TimeUnit.SECONDS.sleep(random.nextInt(100));
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
        }
        return "success";
    });
}
// 执行所有任务
List<Future<String>> futures = threadPool.invokeAll(tasks);
// 获取结果
for (Future<String> future : futures) {
    try {future.get();
    } catch (ExecutionException e) {e.printStackTrace();
    }
}

上面代码中，使用 invokeAll执行所有任务。由于这个方法返回值为 List<Future<T>>，我误以为这个方法如 submit一样，异步执行，不会阻塞主线程。

实际上从源码上，这个方法实际上逐个调用 Future#get获取任务结果，而这个方法会同步阻塞主线程。

一旦某个任务被永久阻塞，比如 Socket 网络连接位置超时时间，导致任务一直阻塞在网络连接，间接导致这个方法一直被阻塞，从而影响后续方法执行。

如果需要使用 invokeAll 方法，最好使用其另外一个重载方法，设置超时时间。

总结

今天文章通过几个例子，给大家展示了一下线程池使用过程一些坑。为了快速复现问题，上面的示例代码还是比较极端，实际中可能并不会这么用。

不过即使这样，我们千万不要抱着侥幸的心理，认为这些任务很快就会执行结束。我们在生产上碰到好几次事故，正常的情况执行都很快。但是偶尔外部程序抽疯，返回时间变长，就可能导致系统中存在大量任务，导致 OOM。

最后总结一下几个线程池几个最佳实践：

第一，生产系统慎用 Executors 类提供的便捷方法，我们需要自己根据自己的业务场景，配置合理的线程数，任务队列，拒绝策略，线程回收策略等等，并且一定记得自定义线程池的命名方式，以便于后期排查问题。

第二，线程池不要重复创建，每次都创建一个线程池可能比不用线程池还要糟糕。如果使用其他同学创建的线程池工具类，最好还是看一下实现方式，防止自己误用。

第三，一定不要按照自己的 片面理解 去使用 API 方法，如果把握不准，一定要去看下方法上注释以及相关源码。

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正文完
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发表至： java
2020-06-29
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