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Java中线程池,你真的会用吗?

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在《深入源码分析Java线程池的实现原理》这篇文章中,我们介绍过了Java中线程池的常见用法以及基本原理。

在文中有这样一段描述:

可以通过Executors静态工厂构建线程池,但一般不建议这样使用。

关于这个问题,在那篇文章中并没有深入的展开。作者之所以这么说,是因为这种创建线程池的方式有很大的隐患,稍有不慎就有可能导致线上故障,如:一次Java线程池误用引发的血案和总结( https://zhuanlan.zhihu.com/p/32867181

本文我们就来围绕这个问题来分析一下为什么JDK自身提供的构建线程池的方式并不建议使用?到底应该如何创建一个线程池呢?

Executors

Executors 是一个Java中的工具类。提供工厂方法来创建不同类型的线程池。

从上图中也可以看出,Executors的创建线程池的方法,创建出来的线程池都实现了ExecutorService接口。常用方法有以下几个:

newFiexedThreadPool(int Threads):创建固定数目线程的线程池。

newCachedThreadPool():创建一个可缓存的线程池,调用execute 将重用以前构造的线程(如果线程可用)。如果没有可用的线程,则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

newSingleThreadExecutor()创建一个单线程化的Executor。

newScheduledThreadPool(int corePoolSize)创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池,多数情况下可用来替代Timer类。

类看起来功能还是比较强大的,又用到了工厂模式、又有比较强的扩展性,重要的是用起来还比较方便,如:

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(nThreads) ;

即可创建一个固定大小的线程池。

但是为什么我说不建议大家使用这个类来创建线程池呢?

我提到的是『不建议』,但是在阿里巴巴Java开发手册中也明确指出,而且用的词是『不允许』使用Executors创建线程池。

Executors存在什么问题

在阿里巴巴Java开发手册中提到,使用Executors创建线程池可能会导致OOM(OutOfMemory ,内存溢出),但是并没有说明为什么,那么接下来我们就来看一下到底为什么不允许使用Executors?

我们先来一个简单的例子,模拟一下使用Executors导致OOM的情况。

/**
 * @author Hollis
 */
public class ExecutorsDemo {
    private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(15);
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
            executor.execute(new SubThread());
        }
    }
}

class SubThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            //do nothing
        }
    }
}

通过指定JVM参数:-Xmx8m -Xms8m 运行以上代码,会抛出OOM:

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
    at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.offer(LinkedBlockingQueue.java:416)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1371)
    at com.hollis.ExecutorsDemo.main(ExecutorsDemo.java:16)

以上代码指出,ExecutorsDemo.java的第16行,就是代码中的executor.execute(new SubThread());

Executors为什么存在缺陷

通过上面的例子,我们知道了Executors创建的线程池存在OOM的风险,那么到底是什么原因导致的呢?我们需要深入Executors的源码来分析一下。

其实,在上面的报错信息中,我们是可以看出蛛丝马迹的,在以上的代码中其实已经说了,真正的导致OOM的其实是LinkedBlockingQueue.offer方法。

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
    at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.offer(LinkedBlockingQueue.java:416)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1371)
    at com.hollis.ExecutorsDemo.main(ExecutorsDemo.java:16)

如果读者翻看代码的话,也可以发现,其实底层确实是通过LinkedBlockingQueue实现的:

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

如果读者对Java中的阻塞队列有所了解的话,看到这里或许就能够明白原因了。

Java中的BlockingQueue主要有两种实现,分别是ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列,必须设置容量。

LinkedBlockingQueue是一个用链表实现的有界阻塞队列,容量可以选择进行设置,不设置的话,将是一个无边界的阻塞队列,最大长度为Integer.MAX_VALUE

这里的问题就出在:不设置的话,将是一个无边界的阻塞队列,最大长度为Integer.MAX_VALUE。也就是说,如果我们不设置LinkedBlockingQueue的容量的话,其默认容量将会是Integer.MAX_VALUE

newFixedThreadPool中创建LinkedBlockingQueue时,并未指定容量。此时,LinkedBlockingQueue就是一个无边界队列,对于一个无边界队列来说,是可以不断的向队列中加入任务的,这种情况下就有可能因为任务过多而导致内存溢出问题。

上面提到的问题主要体现在newFixedThreadPoolnewSingleThreadExecutor两个工厂方法上,并不是说newCachedThreadPoolnewScheduledThreadPool这两个方法就安全了,这两种方式创建的最大线程数可能是Integer.MAX_VALUE,而创建这么多线程,必然就有可能导致OOM。

创建线程池的正确姿势

避免使用Executors创建线程池,主要是避免使用其中的默认实现,那么我们可以自己直接调用ThreadPoolExecutor的构造函数来自己创建线程池。在创建的同时,给BlockQueue指定容量就可以了。

private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
        60L, TimeUnit.SECONDS,
        new ArrayBlockingQueue(10));

这种情况下,一旦提交的线程数超过当前可用线程数时,就会抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException,这是因为当前线程池使用的队列是有边界队列,队列已经满了便无法继续处理新的请求。但是异常(Exception)总比发生错误(Error)要好。

除了自己定义ThreadPoolExecutor外。还有其他方法。这个时候第一时间就应该想到开源类库,如apache和guava等。

作者推荐使用guava提供的ThreadFactoryBuilder来创建线程池。

public class ExecutorsDemo {

    private static ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
        .setNameFormat("demo-pool-%d").build();

    private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 200,
        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
            pool.execute(new SubThread());
        }
    }
}

通过上述方式创建线程时,不仅可以避免OOM的问题,还可以自定义线程名称,更加方便的出错的时候溯源。

思考题,文中作者说:发生异常(Exception)要比发生错误(Error)好,为什么这么说?

文中提到的《阿里巴巴Java开发手册》,请关注公众号Hollis,回复:手册。即可获得完整版PDF。

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评论 1

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  1. #1

    使用guava提供的ThreadFactoryBuilder来创建线程池,当线程很多,排队的线程超过1024的时候,多余的线程会被关闭掉吗?这样不会OOM,但是会导致数据的问题吧

    Allen2周前 (11-06)回复

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