为什么阿里巴巴要禁用 Executors 创建线程池？

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作者：何甜甜在吗

来源：http://39sd.cn/E44C4

看阿里巴巴开发手册并发编程这块有一条：线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，通过源码分析禁用的原因

写在前面

首先感谢大家在盖楼的间隙阅读本篇文章，通过阅读本篇文章你将了解到：

  • 线程池的定义
  • Executors创建线程池的几种方式
  • ThreadPoolExecutor对象
  • 线程池执行任务逻辑和线程池参数的关系
  • Executors创建返回ThreadPoolExecutor对象
  • OOM异常测试
  • 如何定义线程池参数

如果只想知道原因可以直接拉到总结那

线程池的定义

管理一组工作线程。通过线程池复用线程有以下几点优点：

  • 减少资源创建 => 减少内存开销，创建线程占用内存
  • 降低系统开销 => 创建线程需要时间，会延迟处理的请求
  • 提高稳定稳定性 => 避免无限创建线程引起的OutOfMemoryError【简称OOM】

Executors创建线程池的方式

根据返回的对象类型创建线程池可以分为三类：

  • 创建返回ThreadPoolExecutor对象
  • 创建返回ScheduleThreadPoolExecutor对象
  • 创建返回ForkJoinPool对象

本文只讨论创建返回ThreadPoolExecutor对象

ThreadPoolExecutor对象

在介绍Executors创建线程池方法前先介绍一下ThreadPoolExecutor，因为这些创建线程池的静态方法都是返回ThreadPoolExecutor对象，和我们手动创建ThreadPoolExecutor对象的区别就是我们不需要自己传构造函数的参数。

ThreadPoolExecutor的构造函数共有四个，但最终调用的都是同一个：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

构造函数参数说明：

  • corePoolSize => 线程池核心线程数量
  • maximumPoolSize => 线程池最大数量
  • keepAliveTime => 空闲线程存活时间
  • unit => 时间单位
  • workQueue => 线程池所使用的缓冲队列
  • threadFactory => 线程池创建线程使用的工厂
  • handler => 线程池对拒绝任务的处理策略

线程池执行任务逻辑和线程池参数的关系

执行逻辑说明：

  • 判断核心线程数是否已满，核心线程数大小和corePoolSize参数有关，未满则创建线程执行任务
  • 若核心线程池已满，判断队列是否满，队列是否满和workQueue参数有关，若未满则加入队列中
  • 若队列已满，判断线程池是否已满，线程池是否已满和maximumPoolSize参数有关，若未满创建线程执行任务
  • 若线程池已满，则采用拒绝策略处理无法执执行的任务，拒绝策略和handler参数有关

Executors创建返回ThreadPoolExecutor对象

Executors创建返回ThreadPoolExecutor对象的方法共有三种：

  • Executors#newCachedThreadPool => 创建可缓存的线程池
  • Executors#newSingleThreadExecutor => 创建单线程的线程池
  • Executors#newFixedThreadPool => 创建固定长度的线程池

Executors#newCachedThreadPool方法

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

CachedThreadPool是一个根据需要创建新线程的线程池

  • corePoolSize => 0，核心线程池的数量为0
  • maximumPoolSize => Integer.MAX_VALUE，可以认为最大线程数是无限的
  • keepAliveTime => 60L
  • unit => 秒
  • workQueue => SynchronousQueue

当一个任务提交时，corePoolSize为0不创建核心线程，SynchronousQueue是一个不存储元素的队列，可以理解为队里永远是满的，因此最终会创建非核心线程来执行任务。

对于非核心线程空闲60s时将被回收。因为Integer.MAX_VALUE非常大，可以认为是可以无限创建线程的，在资源有限的情况下容易引起OOM异常

Executors#newSingleThreadExecutor方法

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

SingleThreadExecutor是单线程线程池，只有一个核心线程

  • corePoolSize => 1，核心线程池的数量为1
  • maximumPoolSize => 1，只可以创建一个非核心线程
  • keepAliveTime => 0L
  • unit => 秒
  • workQueue => LinkedBlockingQueue

当一个任务提交时，首先会创建一个核心线程来执行任务，如果超过核心线程的数量，将会放入队列中，因为LinkedBlockingQueue是长度为Integer.MAX_VALUE的队列，可以认为是无界队列，因此往队列中可以插入无限多的任务，在资源有限的时候容易引起OOM异常，同时因为无界队列，maximumPoolSize和keepAliveTime参数将无效，压根就不会创建非核心线程

Executors#newFixedThreadPool方法

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

FixedThreadPool是固定核心线程的线程池，固定核心线程数由用户传入

  • corePoolSize => 1，核心线程池的数量为1
  • maximumPoolSize => 1，只可以创建一个非核心线程
  • keepAliveTime => 0L
  • unit => 秒
  • workQueue => LinkedBlockingQueue
  • 它和SingleThreadExecutor类似，唯一的区别就是核心线程数不同，并且由于使用的是LinkedBlockingQueue，在资源有限的时候容易引起OOM异常

总结：

  • FixedThreadPool和SingleThreadExecutor => 允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而引起OOM异常
  • CachedThreadPool => 允许创建的线程数为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而引起OOM异常

这就是为什么禁止使用Executors去创建线程池，而是推荐自己去创建ThreadPoolExecutor的原因

OOM异常测试

理论上会出现OOM异常，必须测试一波验证之前的说法：

测试类：TaskTest.java

public class TaskTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
        int i = 0;
        while (true) {
            es.submit(new Task(i++));
        }
    }
}

使用Executors创建的CachedThreadPool，往线程池中无限添加线程

在启动测试类之前先将JVM内存调整小一点，不然很容易将电脑跑出问题【别问我为什么知道，是铁憨憨甜没错了！！！】，在idea里：Run -> Edit Configurations

JVM参数说明：

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

运行结果：

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

创建到3w多个线程的时候开始报OOM错误

另外两个线程池就不做测试了，测试方法一致，只是创建的线程池不一样

如何定义线程池参数

CPU密集型 => 线程池的大小推荐为CPU数量 + 1，CPU数量可以根据Runtime.availableProcessors方法获取

IO密集型 => CPU数量 * CPU利用率 * (1 + 线程等待时间/线程CPU时间)

混合型 => 将任务分为CPU密集型和IO密集型，然后分别使用不同的线程池去处理，从而使每个线程池可以根据各自的工作负载来调整

阻塞队列 => 推荐使用有界队列，有界队列有助于避免资源耗尽的情况发生

拒绝策略 => 默认采用的是AbortPolicy拒绝策略，直接在程序中抛出RejectedExecutionException异常【因为是运行时异常，不强制catch】，这种处理方式不够优雅。处理拒绝策略有以下几种比较推荐：

如果使用Executors的静态方法创建ThreadPoolExecutor对象，可以通过使用Semaphore对任务的执行进行限流也可以避免出现OOM异常

由于线程池参数定义经验较少，都是理论知识，欢迎有经验的大佬补充。

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