前言

那么為啥線程池里面的線程和線程池都沒釋放呢。

那么現在問題就轉為線程對象是在什么時候gc。

最后總結

前言

今天給大家分享一個線上問題引出的一次思考，過程比較長，但是挺有意思。

今天上班把需求寫完，出于學習（摸魚）的心理上skywalking看看，突然發現我們的一個應用，應用內線程數超過900條，接近1000條，但是cpu并沒有高漲，內存也不算高峰。

但是敏銳的我還是立刻意識到這個應用有不妥，因為線程數太多了，不符合我們一個正常健康的應用數量。熟練的打出cpu dump觀察，首先看線程組名的概覽。

從線程分組看，pool名開頭線程占616條，而且waiting狀態也是616條，這個點就非常可疑了，我斷定就是這個pool開頭線程池導致的問題。我們先排查為何這個線程池中會有600+的線程處于waiting狀態并且無法釋放，記接下來我們找幾條線程的堆棧觀察具體堆棧：

這個堆棧看上去很合理，線程在線程池中不斷的循環獲取任務，因為獲取不到任務所以進入了waiting狀態，等待著有任務后被喚醒。

看上去不只一個線程池，并且這些線程池的名字居然是一樣的，我大膽的猜測一下，是不斷的創建同樣的線程池，但是線程池無法被回收導致的線程數，所以接下來我們要分析兩個問題，首先這個線程池在代碼里是哪個線程池，第二這個線程池是怎么被創建的？為啥釋放不了？

我在idea搜索new ThreadPoolExecutor()得到的結果是這樣的：

于是我陷入懵逼的狀態，難道還有其他騷操作？

正在這時，一位不知名的鄭網友發來一張截圖：

好家伙！竟然是用new FixedTreadPool()整出來的。難怪我完全搜不到，因為用的new FixedTreadPool()，所以線程池中的線程名是默認的pool（又多了一個不使用Executors來創建線程池的理由）。

然后我迫不及die的打開代碼，試圖找到罪魁禍首，結果發現作者居然是我自己。這是另一個驚喜，驚嚇的驚。

冷靜下來后我梳理一遍代碼，這個接口是我兩年前寫的，主要是功能是統計用戶的錢包每個月的流水，因為擔心統計比較慢，所以使用了線程池，做了批量的處理，沒想到居然導致了線程數過高，雖然沒有導致事故，但是確實是潛在的隱患，現在沒出事不代表以后不會出事。

去掉多余業務邏輯，我簡單的還原一個代碼給大家看，還原現場：

private?static?void?threadDontGcDemo(){

????????ExecutorService?executorService?=?Executors.newFixedThreadPool(10);
????????executorService.submit(()?->?{
????????????System.out.println("111");
????????});
????}

那么為啥線程池里面的線程和線程池都沒釋放呢。

難道是因為沒有調用shutdown？我大概能理解我兩年前當時為啥不調用shutdown，是因為當初我覺得接口跑完，方法走到結束，理論上棧幀出棧，局部變量應該都銷毀了，按理說executorService這個變量應該直接GG了，那么按理說我是不用調用shutdown方法的。

我簡單的跑了個demo，循環的去new線程池，不調用shutdown方法，看看線程池能不能被回收

打開java visual vm查看實時線程：

可以看到線程數和線程池都一直在增加，但是一直沒有被回收，確實符合發生的問題狀況，那么假如我在方法結束前調用shutdown方法呢，會不會回收線程池和線程呢？

簡單寫個demo結合jvisualvm驗證下：

結果是線程和線程池都被回收了。也就是說，執行了shutdown的線程池最后會回收線程池和線程對象。

我們知道，一個對象能不能回收，是看它到gc root之間有沒有可達路徑，線程池不能回收說明到達線程池的gc root還是有可達路徑的。這里講個冷知識，這里的線程池的gc root是線程，具體的gc路徑是thread->workers->線程池。

線程對象是線程池的gc root，假如線程對象能被gc，那么線程池對象肯定也能被gc掉（因為線程池對象已經沒有到gc root的可達路徑了）。

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那么現在問題就轉為線程對象是在什么時候gc。

鄭網友給了一個粗淺但是合理的解釋，線程對象肯定不是在運行中的時候被回收的，因為jvm肯定不可能去回收一條在運行中的線程，至少runnalbe狀態的線程jvm不可能去回收。

在stackoverflow上我找到了更準確的答案：

A running thread is considered a so called garbage collection root and is one of those things keeping stuff from being garbage collected。

這句話的意思是，一條正在運行的線程是gc root，注意，是正在運行，這個正在運行我先透露下，即使是waiting狀態，也算正在運行。這個回答的整體的意思是，運行的線程是gc root，但是非運行的線程不是gc root（可以被回收）。

現在比較清楚了，線程池和線程被回收的關鍵就在于線程能不能被回收，那么回到原來的起點，為何調用線程池的shutdown方法能夠導致線程和線程池被回收呢？難道是shutdown方法把線程變成了非運行狀態嗎？

talk is cheap,show me the code

我們直接看看線程池的shutdown方法的源碼

public?void?shutdown()?{

????????final?ReentrantLock?mainLock?=?this.mainLock;
????????mainLock.lock();
????????try?{
????????????checkShutdownAccess();
????????????advanceRunState(SHUTDOWN);
????????????interruptIdleWorkers();
????????????onShutdown();?//?hook?for?ScheduledThreadPoolExecutor
????????}?finally?{
????????????mainLock.unlock();
????????}
????????tryTerminate();
}

private?void?interruptIdleWorkers()?{
????????interruptIdleWorkers(false);
}

private?void?interruptIdleWorkers(boolean?onlyOne)?{
????????final?ReentrantLock?mainLock?=?this.mainLock;
????????mainLock.lock();
????????try?{
????????????for?(Worker?w?:?workers)?{
????????????????Thread?t?=?w.thread;
????????????????if?(!t.isInterrupted()?&&?w.tryLock())?{
????????????????????try?{
????????????????????????t.interrupt();
????????????????????}?catch?(SecurityException?ignore)?{
????????????????????}?finally?{
????????????????????????w.unlock();
????????????????????}
????????????????}
????????????????if?(onlyOne)
????????????????????break;
????????????}
????????}?finally?{
????????????mainLock.unlock();
????????}
}

我們從interruptIdleWorkers方法入手，這方法看上去最可疑，看到interruptIdleWorkers方法，這個方法里面主要就做了一件事，遍歷當前線程池中的線程，并且調用線程的interrupt()方法，通知線程中斷，也就是說shutdown方法只是去遍歷所有線程池中的線程，然后通知線程中斷。所以我們需要了解線程池里的線程是怎么處理中斷的通知的。

我們點開worker對象，這個worker對象是線程池中實際運行的線程，所以我們直接看worker的run方法，中斷通知肯定是在里面被處理了

//WOrker的run方法里面直接調用的是這個方法
final?void?runWorker(Worker?w)?{
????????Thread?wt?=?Thread.currentThread();
????????Runnable?task?=?w.firstTask;
????????w.firstTask?=?null;
????????w.unlock();?//?allow?interrupts
????????boolean?completedAbruptly?=?true;
????????try?{
????????????while?(task?!=?null?||?(task?=?getTask())?!=?null)?{
????????????????w.lock();
????????????????//?If?pool?is?stopping,?ensure?thread?is?interrupted;
????????????????//?if?not,?ensure?thread?is?not?interrupted.??This
????????????????//?requires?a?recheck?in?second?case?to?deal?with
????????????????//?shutdownNow?race?while?clearing?interrupt
????????????????if?((runStateAtLeast(ctl.get(),?STOP)?||
?????????????????????(Thread.interrupted()?&&
??????????????????????runStateAtLeast(ctl.get(),?STOP)))?&&
????????????????????!wt.isInterrupted())
????????????????????wt.interrupt();
????????????????try?{
????????????????????beforeExecute(wt,?task);
????????????????????Throwable?thrown?=?null;
????????????????????try?{
????????????????????????task.run();
????????????????????}?catch?(RuntimeException?x)?{
????????????????????????thrown?=?x;?throw?x;
????????????????????}?catch?(Error?x)?{
????????????????????????thrown?=?x;?throw?x;
????????????????????}?catch?(Throwable?x)?{
????????????????????????thrown?=?x;?throw?new?Error(x);
????????????????????}?finally?{
????????????????????????afterExecute(task,?thrown);
????????????????????}
????????????????}?finally?{
????????????????????task?=?null;
????????????????????w.completedTasks++;
????????????????????w.unlock();
????????????????}
????????????}
????????????completedAbruptly?=?false;
????????}?finally?{
????????????processWorkerExit(w,?completedAbruptly);
????????}
}

這個runwoker屬于是線程池的核心方法了，相當的有意思，線程池能不斷運作的原理就是這里，我們一點點看。

首先最外層用一個while循環套住，然后不斷的調用gettask()方法不斷從隊列中取任務，假如拿不到任務或者任務執行發生異常（拋出異常了）那就屬于異常情況，直接將completedAbruptly 設置為true，并且進入異常的processWorkerExit流程。

我們看看gettask()方法，了解下啥時候可能會拋出異常：

private?Runnable?getTask()?{

????????boolean?timedOut?=?false;?//?Did?the?last?poll()?time?out?

????????for?(;;)?{
????????????int?c?=?ctl.get();
????????????int?rs?=?runStateOf(c);

????????????//?Check?if?queue?empty?only?if?necessary.
????????????if?(rs?>=?SHUTDOWN?&&?(rs?>=?STOP?||?workQueue.isEmpty()))?{
????????????????decrementWorkerCount();
????????????????return?null;
????????????}

????????????int?wc?=?workerCountOf(c);

????????????//?Are?workers?subject?to?culling?
????????????boolean?timed?=?allowCoreThreadTimeOut?||?wc?>?corePoolSize;

????????????if?((wc?>?maximumPoolSize?||?(timed?&&?timedOut))
????????????????&&?(wc?>?1?||?workQueue.isEmpty()))?{
????????????????if?(compareAndDecrementWorkerCount(c))
????????????????????return?null;
????????????????continue;
????????????}

????????????try?{
????????????????Runnable?r?=?timed??
????????????????????workQueue.poll(keepAliveTime,?TimeUnit.NANOSECONDS)?:
????????????????????workQueue.take();
????????????????if?(r?!=?null)
????????????????????return?r;
????????????????timedOut?=?true;
????????????}?catch?(InterruptedException?retry)?{
????????????????timedOut?=?false;
????????????}
????????}
????}

這樣很清楚了，拋去前面的大部分代碼不看，這句代碼解釋了gettask的作用：

Runnable?r?=?timed??

????workQueue.poll(keepAliveTime,?TimeUnit.NANOSECONDS)?:
????workQueue.take()

gettask就是從工作隊列中取任務，但是前面還有個timed，這個timed的語義是這樣的：如果allowCoreThreadTimeOut參數為true（一般為false）或者當前工作線程數超過核心線程數，那么使用隊列的poll方法取任務，反之使用take方法。

這兩個方法不是重點，重點是poll方法和take方法都會讓當前線程進入time_waiting或者waiting狀態。而當線程處于在等待狀態的時候，我們調用線程的interrupt方法，毫無疑問會使線程當場拋出異常！

也就是說線程池的shutdownnow方法調用interruptIdleWorkers去對線程對象interrupt是為了讓處于waiting或者是time_waiting的線程拋出異常。

那么線程池是在哪里處理這個異常的呢？我們看runwoker中的調用的processWorkerExit方法，說實話這個方法看著就像處理拋出異常的方法：

private?void?processWorkerExit(Worker?w,?boolean?completedAbruptly)?{

????????if?(completedAbruptly)?//?If?abrupt,?then?workerCount?wasn't?adjusted
????????????decrementWorkerCount();

????????final?ReentrantLock?mainLock?=?this.mainLock;
????????mainLock.lock();
????????try?{
????????????completedTaskCount?+=?w.completedTasks;
????????????workers.remove(w);
????????}?finally?{
????????????mainLock.unlock();
????????}

????????tryTerminate();

????????int?c?=?ctl.get();
????????if?(runStateLessThan(c,?STOP))?{
????????????if?(!completedAbruptly)?{
????????????????int?min?=?allowCoreThreadTimeOut???0?:?corePoolSize;
????????????????if?(min?==?0?&&?!?workQueue.isEmpty())
????????????????????min?=?1;
????????????????if?(workerCountOf(c)?>=?min)
????????????????????return;?//?replacement?not?needed
????????????}
????????????addWorker(null,?false);
????????}
}

我們可以看到，在這個方法里有一個很明顯的 workers.remove(w)方法，也就是在這里，這個w的變量，被移出了workers這個集合，導致worker對象不能到達gc root，于是workder對象順理成章的變成了一個垃圾對象，被回收掉了。

然后等到worker中所有的worker都被移出works后，并且當前請求線程也完成后，線程池對象也成為了一個孤兒對象，沒辦法到達gc root，于是線程池對象也被gc掉了。寫了挺長的篇幅，我小結一下：

線程池調用shutdownnow方法是為了調用worker對象的interrupt方法，來打斷那些沉睡中的線程（waiting或者time_waiting狀態），使其拋出異常

線程池會把拋出異常的worker對象從workers集合中移除引用，此時被移除的worker對象因為沒有到達gc root的路徑已經可以被gc掉了

等到workers對象空了，并且當前tomcat線程也結束，此時線程池對象也可以被gc掉，整個線程池對象成功釋放

最后總結

如果只是在局部方法中使用線程池，線程池對象不是bean的情況時，記得要合理的使用shutdown或者shutdownnow方法來釋放線程和線程池對象，如果不使用，會造成線程池和線程對象的堆積。

編輯：黃飛

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