Java中執行緒池,你真的會用嗎?

HollisChuang發表於2018-10-31

在《深入原始碼分析Java執行緒池的實現原理》這篇文章中,我們介紹過了Java中執行緒池的常見用法以及基本原理。

在文中有這樣一段描述:

可以通過Executors靜態工廠構建執行緒池,但一般不建議這樣使用。

關於這個問題,在那篇文章中並沒有深入的展開。作者之所以這麼說,是因為這種建立執行緒池的方式有很大的隱患,稍有不慎就有可能導致線上故障,如:一次Java執行緒池誤用引發的血案和總結( zhuanlan.zhihu.com/p/32867181

本文我們就來圍繞這個問題來分析一下為什麼JDK自身提供的構建執行緒池的方式並不建議使用?到底應該如何建立一個執行緒池呢?

Executors

Executors 是一個Java中的工具類。提供工廠方法來建立不同型別的執行緒池。

Java中執行緒池,你真的會用嗎?

從上圖中也可以看出,Executors的建立執行緒池的方法,建立出來的執行緒池都實現了ExecutorService介面。常用方法有以下幾個:

newFiexedThreadPool(int Threads):建立固定數目執行緒的執行緒池。

newCachedThreadPool():建立一個可快取的執行緒池,呼叫execute 將重用以前構造的執行緒(如果執行緒可用)。如果沒有可用的執行緒,則建立一個新執行緒並新增到池中。終止並從快取中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的執行緒。

newSingleThreadExecutor()建立一個單執行緒化的Executor。

newScheduledThreadPool(int corePoolSize)建立一個支援定時及週期性的任務執行的執行緒池,多數情況下可用來替代Timer類。

類看起來功能還是比較強大的,又用到了工廠模式、又有比較強的擴充套件性,重要的是用起來還比較方便,如:

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(nThreads) ;
複製程式碼

即可建立一個固定大小的執行緒池。

但是為什麼我說不建議大家使用這個類來建立執行緒池呢?

我提到的是『不建議』,但是在阿里巴巴Java開發手冊中也明確指出,而且用的詞是『不允許』使用Executors建立執行緒池。

Executors存在什麼問題

在阿里巴巴Java開發手冊中提到,使用Executors建立執行緒池可能會導致OOM(OutOfMemory ,記憶體溢位),但是並沒有說明為什麼,那麼接下來我們就來看一下到底為什麼不允許使用Executors?

我們先來一個簡單的例子,模擬一下使用Executors導致OOM的情況。

/**
 * @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
        }
    }
}
複製程式碼

通過指定JVM引數:-Xmx8m -Xms8m 執行以上程式碼,會丟擲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)
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以上程式碼指出,ExecutorsDemo.java的第16行,就是程式碼中的executor.execute(new SubThread());

Executors為什麼存在缺陷

通過上面的例子,我們知道了Executors建立的執行緒池存在OOM的風險,那麼到底是什麼原因導致的呢?我們需要深入Executors的原始碼來分析一下。

其實,在上面的報錯資訊中,我們是可以看出蛛絲馬跡的,在以上的程式碼中其實已經說了,真正的導致OOM的其實是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)
複製程式碼

如果讀者翻看程式碼的話,也可以發現,其實底層確實是通過LinkedBlockingQueue實現的:

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

如果讀者對Java中的阻塞佇列有所瞭解的話,看到這裡或許就能夠明白原因了。

Java中的BlockingQueue主要有兩種實現,分別是ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一個用陣列實現的有界阻塞佇列,必須設定容量。

LinkedBlockingQueue是一個用連結串列實現的有界阻塞佇列,容量可以選擇進行設定,不設定的話,將是一個無邊界的阻塞佇列,最大長度為Integer.MAX_VALUE

這裡的問題就出在:**不設定的話,將是一個無邊界的阻塞佇列,最大長度為Integer.MAX_VALUE。**也就是說,如果我們不設定LinkedBlockingQueue的容量的話,其預設容量將會是Integer.MAX_VALUE

newFixedThreadPool中建立LinkedBlockingQueue時,並未指定容量。此時,LinkedBlockingQueue就是一個無邊界佇列,對於一個無邊界佇列來說,是可以不斷的向佇列中加入任務的,這種情況下就有可能因為任務過多而導致記憶體溢位問題。

上面提到的問題主要體現在newFixedThreadPoolnewSingleThreadExecutor兩個工廠方法上,並不是說newCachedThreadPoolnewScheduledThreadPool這兩個方法就安全了,這兩種方式建立的最大執行緒數可能是Integer.MAX_VALUE,而建立這麼多執行緒,必然就有可能導致OOM。

建立執行緒池的正確姿勢

避免使用Executors建立執行緒池,主要是避免使用其中的預設實現,那麼我們可以自己直接呼叫ThreadPoolExecutor的建構函式來自己建立執行緒池。在建立的同時,給BlockQueue指定容量就可以了。

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

這種情況下,一旦提交的執行緒數超過當前可用執行緒數時,就會丟擲java.util.concurrent.RejectedExecutionException,這是因為當前執行緒池使用的佇列是有邊界佇列,佇列已經滿了便無法繼續處理新的請求。但是異常(Exception)總比發生錯誤(Error)要好。

除了自己定義ThreadPoolExecutor外。還有其他方法。這個時候第一時間就應該想到開源類庫,如apache和guava等。

作者推薦使用guava提供的ThreadFactoryBuilder來建立執行緒池。

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());
        }
    }
}
複製程式碼

通過上述方式建立執行緒時,不僅可以避免OOM的問題,還可以自定義執行緒名稱,更加方便的出錯的時候溯源。

思考題,文中作者說:發生異常(Exception)要比發生錯誤(Error)好,為什麼這麼說?

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Java中執行緒池,你真的會用嗎?

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