為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

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看阿里巴巴開發手冊併發編程這塊有一條:線程池不允許使用Executors去創建,而是通過ThreadPoolExecutor的方式,通過源碼分析禁用的原因

寫在前面

首先感謝大家在蓋樓的間隙閱讀本篇文章,通過閱讀本篇文章你將瞭解到:

  • 線程池的定義
  • Executors創建線程池的幾種方式
  • ThreadPoolExecutor對象
  • 線程池執行任務邏輯和線程池參數的關係
  • Executors創建返回ThreadPoolExecutor對象
  • OOM異常測試
  • 如何定義線程池參數


如果只想知道原因可以直接拉到總結那


線程池的定義

管理一組工作線程。通過線程池複用線程有以下幾點優點:

  • 減少資源創建 => 減少內存開銷,創建線程佔用內存
  • 降低系統開銷 => 創建線程需要時間,會延遲處理的請求
  • 提高穩定穩定性 => 避免無限創建線程引起的OutOfMemoryError【簡稱OOM】


Executors創建線程池的方式

根據返回的對象類型創建線程池可以分為三類:

  • 創建返回ThreadPoolExecutor對象
  • 創建返回ScheduleThreadPoolExecutor對象
  • 創建返回ForkJoinPool對象

本文只討論創建返回ThreadPoolExecutor對象


ThreadPoolExecutor對象

在介紹Executors創建線程池方法前先介紹一下ThreadPoolExecutor,因為這些創建線程池的靜態方法都是返回ThreadPoolExecutor對象,和我們手動創建ThreadPoolExecutor對象的區別就是我們不需要自己傳構造函數的參數。

ThreadPoolExecutor的構造函數共有四個,但最終調用的都是同一個:

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

構造函數參數說明:

  • corePoolSize => 線程池核心線程數量
  • maximumPoolSize => 線程池最大數量
  • keepAliveTime => 空閒線程存活時間
  • unit => 時間單位
  • workQueue => 線程池所使用的緩衝隊列
  • threadFactory => 線程池創建線程使用的工廠
  • handler => 線程池對拒絕任務的處理策略


線程池執行任務邏輯和線程池參數的關係

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

執行邏輯說明:

  • 判斷核心線程數是否已滿,核心線程數大小和corePoolSize參數有關,未滿則創建線程執行任務
  • 若核心線程池已滿,判斷隊列是否滿,隊列是否滿和workQueue參數有關,若未滿則加入隊列中
  • 若隊列已滿,判斷線程池是否已滿,線程池是否已滿和maximumPoolSize參數有關,若未滿創建線程執行任務
  • 若線程池已滿,則採用拒絕策略處理無法執執行的任務,拒絕策略和handler參數有關


Executors創建返回ThreadPoolExecutor對象

Executors創建返回ThreadPoolExecutor對象的方法共有三種:

  • Executors#newCachedThreadPool => 創建可緩存的線程池
  • Executors#newSingleThreadExecutor => 創建單線程的線程池
  • Executors#newFixedThreadPool => 創建固定長度的線程池


Executors#newCachedThreadPool方法

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

CachedThreadPool是一個根據需要創建新線程的線程池


  • corePoolSize => 0,核心線程池的數量為0
  • maximumPoolSize => Integer.MAX_VALUE,可以認為最大線程數是無限的
  • keepAliveTime => 60L
  • unit => 秒
  • workQueue => SynchronousQueue


當一個任務提交時,corePoolSize為0不創建核心線程,SynchronousQueue是一個不存儲元素的隊列,可以理解為隊裡永遠是滿的,因此最終會創建非核心線程來執行任務。對於非核心線程空閒60s時將被回收。因為Integer.MAX_VALUE非常大,可以認為是可以無限創建線程的,在資源有限的情況下容易引起OOM異常


Executors#newSingleThreadExecutor方法

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

SingleThreadExecutor是單線程線程池,只有一個核心線程


  • corePoolSize => 1,核心線程池的數量為1
  • maximumPoolSize => 1,只可以創建一個非核心線程
  • keepAliveTime => 0L
  • unit => 毫秒
  • workQueue => LinkedBlockingQueue


當一個任務提交時,首先會創建一個核心線程來執行任務,如果超過核心線程的數量,將會放入隊列中,因為LinkedBlockingQueue是長度為Integer.MAX_VALUE的隊列,可以認為是無界隊列,因此往隊列中可以插入無限多的任務,在資源有限的時候容易引起OOM異常,同時因為無界隊列,maximumPoolSize和keepAliveTime參數將無效,壓根就不會創建非核心線程


Executors#newFixedThreadPool方法

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

FixedThreadPool是固定核心線程的線程池,固定核心線程數由用戶傳入


  • corePoolSize => 1,核心線程池的數量為1
  • maximumPoolSize => 1,只可以創建一個非核心線程
  • keepAliveTime => 0L
  • unit => 毫秒
  • workQueue => LinkedBlockingQueue
  • 它和SingleThreadExecutor類似,唯一的區別就是核心線程數不同,並且由於使用的是LinkedBlockingQueue,在資源有限的時候容易引起OOM異常


總結:


FixedThreadPool和SingleThreadExecutor => 允許的請求隊列長度為Integer.MAX_VALUE,可能會堆積大量的請求,從而引起OOM異常

CachedThreadPool => 允許創建的線程數為Integer.MAX_VALUE,可能會創建大量的線程,從而引起OOM異常


這就是為什麼禁止使用Executors去創建線程池,而是推薦自己去創建ThreadPoolExecutor的原因


OOM異常測試

理論上會出現OOM異常,必須測試一波驗證之前的說法:


測試類:TaskTest.java

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

使用Executors創建的CachedThreadPool,往線程池中無限添加線程在啟動測試類之前先將JVM內存調整小一點,不然很容易將電腦跑出問題【別問我為什麼知道,是鐵憨憨甜沒錯了!!!】,在idea裡:Run -> Edit Configurations

為什麼阿里巴巴要禁用 Executors 創建線程池?

JVM參數說明:


  • -Xms10M => Java Heap內存初始化值
  • -Xmx10M => Java Heap內存最大值


運行結果:

<code>Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:60416', transport: 'socket'/<code>

創建到3w多個線程的時候開始報OOM錯誤


另外兩個線程池就不做測試了,測試方法一致,只是創建的線程池不一樣


如何定義線程池參數

CPU密集型 => 線程池的大小推薦為CPU數量 + 1,CPU數量可以根據Runtime.availableProcessors方法獲取


IO密集型 => CPU數量 * CPU利用率 * (1 + 線程等待時間/線程CPU時間)


混合型 => 將任務分為CPU密集型和IO密集型,然後分別使用不同的線程池去處理,從而使每個線程池可以根據各自的工作負載來調整


阻塞隊列 => 推薦使用有界隊列,有界隊列有助於避免資源耗盡的情況發生


拒絕策略 => 默認採用的是AbortPolicy拒絕策略,直接在程序中拋出RejectedExecutionException異常【因為是運行時異常,不強制catch】,這種處理方式不夠優雅。處理拒絕策略有以下幾種比較推薦:


  • 在程序中捕獲RejectedExecutionException異常,在捕獲異常中對任務進行處理。針對默認拒絕策略
  • 使用CallerRunsPolicy拒絕策略,該策略會將任務交給調用execute的線程執行【一般為主線程】,此時主線程將在一段時間內不能提交任何任務,從而使工作線程處理正在執行的任務。此時提交的線程將被保存在TCP隊列中,TCP隊列滿將會影響客戶端,這是一種平緩的性能降低
  • 自定義拒絕策略,只需要實現RejectedExecutionHandler接口即可
  • 如果任務不是特別重要,使用DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy拒絕策略將任務丟棄也是可以的


如果使用Executors的靜態方法創建ThreadPoolExecutor對象,可以通過使用Semaphore對任務的執行進行限流也可以避免出現OOM異常。


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