一文带你细数线程池的10个坑

柔光的暖阳◎ 2023-09-28 20:37 55阅读 0赞

日常开发中，为了更好管理线程资源，减少创建线程和销毁线程的资源损耗，我们会使用线程池来执行一些异步任务。但是线程池使用不当，就可能会引发生产事故。今天田螺哥跟大家聊聊线程池的10个坑。大家看完肯定会有帮助的~

1.  线程池默认使用无界队列，任务过多导致OOM
2.  线程创建过多，导致OOM
3.  共享线程池，次要逻辑拖垮主要逻辑
4.  线程池拒绝策略的坑
5.  Spring内部线程池的坑
6.  使用线程池时，没有自定义命名
7.  线程池参数设置不合理
8.  线程池异常处理的坑
9.  使用完线程池忘记关闭
10. ThreadLocal与线程池搭配，线程复用，导致信息错乱。

### 1.线程池默认使用无界队列，任务过多导致OOM ###

JDK开发者提供了线程池的实现类，我们基于`Executors`组件，就可以**快速创建一个线程池**。日常工作中，一些小伙伴为了开发效率，反手就用`Executors`新建个线程池。写出类似以下的代码：

/**
     * 公众号：爱穿格子衫的程序猿
     */
    public class NewFixedTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
            for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
                executor.execute(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        //do nothing
                    }
                });
            }
        }
    }

使用`newFixedThreadPool`创建的线程池，是会有坑的，它默认是无界的阻塞队列，如果任务过多，会导致`OOM`问题。运行一下以上代码，出现了`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.example.dto.NewFixedTest.main(NewFixedTest.java:14)

这是因为`newFixedThreadPool`使用了无界的阻塞队列的`LinkedBlockingQueue`，如果线程获取一个任务后，任务的执行时间比较长(比如，上面demo代码设置了`10`秒)，会导致队列的任务越积越多，导致机器内存使用不停飙升， 最终出现`OOM`。

看下`newFixedThreadPool`的相关源码，是可以看到一个无界的阻塞队列的，如下：

//阻塞队列是LinkedBlockingQueue，并且是使用的是无参构造函数
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
        
    //无参构造函数，默认最大容量是Integer.MAX_VALUE，相当于无界的阻塞队列的了
    public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }

因此，工作中，**建议大家自定义线程池**，并使用**指定长度的阻塞队列**。

### 2. 线程池创建线程过多，导致OOM ###

有些小伙伴说，既然`Executors`组件创建出的线程池`newFixedThreadPool`，使用的是无界队列，可能会导致`OOM`。那么，`Executors`组件还可以创建别的线程池，如`newCachedThreadPool`，我们用它也不行嘛？

我们可以看下`newCachedThreadPool`的构造函数：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
            return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                          60L, TimeUnit.SECONDS,
                                          new SynchronousQueue<Runnable>());
        }

它的最大线程数是`Integer.MAX_VALUE`。大家应该意识到使用它，可能会引发什么问题了吧。没错，如果创建了大量的线程也有可能引发`OOM`！

> 笔者在以前公司，遇到这么一个OOM问题：一个第三方提供的包，是直接使用`new Thread`实现多线程的。在某个夜深人静的夜晚，我们的监控系统报警了。。。这个相关的业务请求瞬间特别多，监控系统告警OOM了。

所以我们使用线程池的时候，还要当心线程创建过多，导致`OOM`问题。大家尽量不要使用`newCachedThreadPool`，并且如果自定义线程池时，要注意一下**最大线程数。**

### 3. 共享线程池，次要逻辑拖垮主要逻辑 ###

要避免所有的业务逻辑共享一个线程池。比如你用线程池A来做登录异步通知，又用线程池A来做对账。如下图：

![0266a1e925e827802590ce1cc269d6c7.png][]

如果对账任务`checkBillService`响应时间过慢，会占据大量的线程池资源，可能直接导致没有足够的线程资源去执行`loginNotifyService`的任务，最后影响登录。就这样，因为一个次要服务，影响到重要的登录接口，显然这是绝对不允许的。因此，我们不能将所有的业务一锅炖，都共享一个线程池，因为这样做，风险太高了，犹如所有鸡蛋放到一个篮子里。应当做**线程池隔离**！

![5f09f2293077eed1aed12760dafdbc11.png][]

### 4. 线程池拒绝策略的坑，使用不当导致阻塞 ###

我们知道线程池主要有四种拒绝策略，如下：

*  AbortPolicy: 丢弃任务并抛出`RejectedExecutionException`异常。(默认拒绝策略)
 *  DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。
 *  DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务。
 *  CallerRunsPolicy：由调用方线程处理该任务。

如果线程池拒绝策略设置不合理，就容易有坑。我们把拒绝策略设置为`DiscardPolicy或DiscardOldestPolicy`并且在被拒绝的任务，`Future`对象调用`get()`方法,那么调用线程会一直被阻塞。

我们来看个demo：

/**
     * 关注公众号：爱穿格子衫的程序猿
     */
    public class DiscardThreadPoolTest {
    
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            // 一个核心线程，队列最大为1，最大线程数也是1.拒绝策略是DiscardPolicy
            ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 1L, TimeUnit.MINUTES,
                    new ArrayBlockingQueue<>(1), new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
    
            Future f1 = executorService.submit(()-> {
                System.out.println("提交任务1");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
    
            Future f2 = executorService.submit(()->{
                System.out.println("提交任务2");
            });
    
            Future f3 = executorService.submit(()->{
                System.out.println("提交任务3");
            });
    
            System.out.println("任务1完成 " + f1.get());// 等待任务1执行完毕
            System.out.println("任务2完成" + f2.get());// 等待任务2执行完毕
            System.out.println("任务3完成" + f3.get());// 等待任务3执行完毕
    
            executorService.shutdown();// 关闭线程池，阻塞直到所有任务执行完毕
    
        }
    }

运行结果：一直在运行中。。。

![fb42132f9e6e26b425c8a92625d618e6.png][]

这是因为`DiscardPolicy`拒绝策略，是什么都没做，源码如下：

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
          * Creates a {@code DiscardPolicy}.
          */
        public DiscardPolicy() { }
    
        /**
          * Does nothing, which has the effect of discarding task r.
          */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        }
    }

我们再来看看线程池`submit` 的方法：

public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        //把Runnable任务包装为Future对象
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        //执行任务
        execute(ftask);
        //返回Future对象
        return ftask;
    }
        
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
      this.callable = Executors.callable(runnable, result);
      this.state = NEW;  //Future的初始化状态是New
    }

我们再来看看`Future的get()` 方法

//状态大于COMPLETING，才会返回，要不然都会阻塞等待
      public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
            int s = state;
            if (s <= COMPLETING)
                s = awaitDone(false, 0L);
            return report(s);
        }
        
        FutureTask的状态枚举
        private static final int NEW          = 0;
        private static final int COMPLETING   = 1;
        private static final int NORMAL       = 2;
        private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
        private static final int CANCELLED    = 4;
        private static final int INTERRUPTING = 5;
        private static final int INTERRUPTED  = 6;

阻塞的真相水落石出啦，`FutureTask`的状态大于`COMPLETING`才会返回，要不然都会一直**阻塞等待**。又因为拒绝策略啥没做，没有修改`FutureTask`的状态，因此`FutureTask`的状态一直是`NEW`，所以它不会返回，会一直等待。

这个问题，可以使用别的拒绝策略，比如`CallerRunsPolicy`，它让主线程去执行拒绝的任务，会更新`FutureTask`状态。如果确实想用`DiscardPolicy`，则需要重写`DiscardPolicy`的拒绝策略。

**温馨提示**，日常开发中，使用`Future.get()` 时，尽量使用带**超时时间的**，因为它是阻塞的。

future.get(1, TimeUnit.SECONDS);

**难道使用别的拒绝策略，就万无一失了嘛？**不是的，如果使用`CallerRunsPolicy`拒绝策略，它表示拒绝的任务给调用方线程用，如果这是主线程，那会不会可能也**导致主线程阻塞**呢？总结起来，大家日常开发的时候，**多一份心眼吧，多一点思考吧。**

### 5. Spring内部线程池的坑 ###

工作中，个别开发者，为了快速开发，喜欢直接用`spring`的`@Async`，来执行异步任务。

@Async
    public void testAsync() throws InterruptedException {
        System.out.println("处理异步任务");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(100));
    }

Spring内部线程池，其实是`SimpleAsyncTaskExecutor`，这玩意有点坑，它**不会复用线程的**，它的设计初衷就是执行大量的短时间的任务。有兴趣的小伙伴，可以去看看它的源码：

/**
    * {@link TaskExecutor} implementation that fires up a new Thread for each task,
    * executing it asynchronously.
    *
    * <p>Supports limiting concurrent threads through the "concurrencyLimit"
    * bean property. By default, the number of concurrent threads is unlimited.
    *
    * <p><b>NOTE: This implementation does not reuse threads!</b> Consider a
    * thread-pooling TaskExecutor implementation instead, in particular for
    * executing a large number of short-lived tasks.
    *
    * @author Juergen Hoeller
    * @since 2.0
    * @see #setConcurrencyLimit
    * @see SyncTaskExecutor
    * @see org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor
    * @see org.springframework.scheduling.commonj.WorkManagerTaskExecutor
    */
    @SuppressWarnings("serial")
    public class SimpleAsyncTaskExecutor extends CustomizableThreadCreator implements AsyncListenableTaskExecutor, Serializable {
    ......
    }

也就是说来了一个请求，就会新建一个线程！大家使用`spring`的`@Async`时，要避开这个坑，自己再定义一个线程池。正例如下：

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

### 6. 使用线程池时，没有自定义命名 ###

使用线程池时，如果没有给线程池一个有意义的名称，将不好排查回溯问题。**这不算一个坑吧，只能说给以后排查埋坑**，哈哈。我还是单独把它放出来算一个点，因为个人觉得这个还是比较重要的。反例如下：

/**
     * 关注公众号：爱穿格子衫的程序猿
     */
    public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ThreadPoolExecutor executorOne = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1, 
                    TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20));
            executorOne.execute(()->{
                System.out.println("关注公众号：捡田螺的小男孩");
                throw new NullPointerException();
            });
        }
    }

运行结果：

关注公众号：爱穿格子衫的程序猿
    Exception in thread "pool-1-thread-1" java.lang.NullPointerException
     at com.example.dto.ThreadTest.lambda$main$0(ThreadTest.java:17)
     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
     at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

可以发现，默认打印的线程池名字是`pool-1-thread-1`，如果排查问题起来，并不友好。因此建议大家给自己线程池自定义个容易识别的名字。其实用`CustomizableThreadFactory`即可，正例如下：

public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ThreadPoolExecutor executorOne = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1,
                    TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20),new CustomizableThreadFactory("Tianluo-Thread-pool"));
            executorOne.execute(()->{
                System.out.println("关注公众号：爱穿格子衫的程序猿");
                throw new NullPointerException();
            });
        }
    }

### 7. 线程池参数设置不合理 ###

线程池最容易出坑的地方，就是线程参数设置不合理。比如核心线程设置多少合理，最大线程池设置多少合理等等。当然，这块不是乱设置的，需要**结合具体业务**。

**比如线程池如何调优，如何确认最佳线程数？**

最佳线程数目 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间 ）* CPU数目

> 我们的服务器CPU核数为8核，一个任务线程cpu耗时为20ms，线程等待（网络IO、磁盘IO）耗时80ms，那最佳线程数目：( 80 + 20 )/20 \* 8 = 40。也就是设置 40个线程数最佳。

### 8. 线程池异常处理的坑 ###

我们来看段代码：

/**
     * 关注公众号：爱穿格子衫的程序猿
     */
    public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ThreadPoolExecutor executorOne = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1,
                    TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20),new CustomizableThreadFactory("Tianluo-Thread-pool"));
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                executorOne.submit(()->{
                    System.out.println("current thread name" + Thread.currentThread().getName());
                    Object object = null;
                    System.out.print("result## " + object.toString());
                });
            }
    
        }
    }

按道理，运行这块代码应该**抛空指针异常**才是的，对吧。但是，运行结果却是这样的;

current thread nameTianluo-Thread-pool1
    current thread nameTianluo-Thread-pool2
    current thread nameTianluo-Thread-pool3
    current thread nameTianluo-Thread-pool4
    current thread nameTianluo-Thread-pool5

这是因为使用`submit`提交任务，不会把异常直接这样抛出来。大家有兴趣的话，可以去看看源码。可以改为`execute`方法执行，当然最好就是`try...catch捕获`，如下：

/**
     * 关注公众号：爱穿格子衫的程序猿
     */
    public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ThreadPoolExecutor executorOne = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1,
                    TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20),new CustomizableThreadFactory("Tianluo-Thread-pool"));
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                executorOne.submit(()->{
                    System.out.println("current thread name" + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Object object = null;
                        System.out.print("result## " + object.toString());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println("异常了"+e);
                    }
                });
            }
    
        }
    }

其实，我们还可以为工作者线程设置`UncaughtExceptionHandler`，在`uncaughtException`方法中处理异常。大家知道这个坑就好啦。

### 9. 线程池使用完毕后，忘记关闭 ###

如果线程池使用完，忘记关闭的话，有可能会导致**内存泄露**问题。所以，大家使用完线程池后，记得关闭一下。同时，**线程池最好也设计成单例模式，给它一个好的命名，以方便排查问题。**

public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    
            ThreadPoolExecutor executorOne = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1,
                    TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20), new CustomizableThreadFactory("Tianluo-Thread-pool"));
            executorOne.execute(() -> {
                System.out.println("关注公众号：爱穿格子衫的程序猿");
            });
    
            //关闭线程池
            executorOne.shutdown();
        }
    }

### 10. ThreadLocal与线程池搭配，线程复用，导致信息错乱。 ###

使用`ThreadLocal`缓存信息，如果配合线程池一起，有可能出现信息错乱的情况。先看下一下例子：

private static final ThreadLocal<Integer> currentUser = ThreadLocal.withInitial(() -> null);
    
    @GetMapping("wrong")
    public Map wrong(@RequestParam("userId") Integer userId) {
        //设置用户信息之前先查询一次ThreadLocal中的用户信息
        String before  = Thread.currentThread().getName() + ":" + currentUser.get();
        //设置用户信息到ThreadLocal
        currentUser.set(userId);
        //设置用户信息之后再查询一次ThreadLocal中的用户信息
        String after  = Thread.currentThread().getName() + ":" + currentUser.get();
        //汇总输出两次查询结果
        Map result = new HashMap();
        result.put("before", before);
        result.put("after", after);
        return result;
    }

按理说，每次获取的`before`应该都是`null`，但是呢，程序运行在 `Tomcat` 中，执行程序的线程是`Tomcat`的工作线程，而`Tomcat`的工作线程是基于**线程池**的。

> **线程池会重用固定的几个线程**，一旦线程重用，那么很可能首次从 ThreadLocal 获取的值是之前其他用户的请求遗留的值。这时，ThreadLocal 中的用户信息就是其他用户的信息。

把tomcat的工作线程设置为1

server.tomcat.max-threads=1

用户1，请求过来，会有以下结果，符合预期：

![b06db64c34c430a5fb93474df5684404.png][]

用户2请求过来，会有以下结果，「不符合预期」：

![3105ad1db9d18e5f0093355191a1172b.png][]

因此，使用类似 ThreadLocal 工具来存放一些数据时，需要特别注意在代码运行完后，显式地去清空设置的数据，正例如下：

@GetMapping("right")
    public Map right(@RequestParam("userId") Integer userId) {
        String before  = Thread.currentThread().getName() + ":" + currentUser.get();
        currentUser.set(userId);
        try {
            String after = Thread.currentThread().getName() + ":" + currentUser.get();
            Map result = new HashMap();
            result.put("before", before);
            result.put("after", after);
            return result;
        } finally {
            //在finally代码块中删除ThreadLocal中的数据，确保数据不串
            currentUser.remove();
        }
    }

[0266a1e925e827802590ce1cc269d6c7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0266a1e925e827802590ce1cc269d6c7.png
[5f09f2293077eed1aed12760dafdbc11.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5f09f2293077eed1aed12760dafdbc11.png
[fb42132f9e6e26b425c8a92625d618e6.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/fb42132f9e6e26b425c8a92625d618e6.png
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