Linux下JVM中可生成的最大Thread数量

转自：https://www.linuxidc.com/Linux/2011-12/48616.htm

最近想测试下Openfire下的最大并发数，需要开大量线程来模拟客户端。对于一个JVM实例到底能开多少个线程一直心存疑惑，所以打算实际测试下，简单google了把，找到影响线程数量的因素有下面几个：

-Xms	intial java heap size
-Xmx	maximum java heap size
-Xss	the stack size for each thread
系统限制	系统最大可开线程数

测试程序如下：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class TestThread extends Thread {
    private static final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    public static void main(String[] args) {
        while (true)
            (new TestThread()).start();
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(count.incrementAndGet());
        while (true)
            try {
                Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
    }
}

测试环境：

系统：Ubuntu 10.04 Linux Kernel 2.6 （32位）

内存：2G

JDK：1.7

 

测试结果：

◆ 不考虑系统限制

-Xms	-Xmx	-Xss	结果
1024m	1024m	1024k	1737
1024m	1024m	64k	26077
512m	512m	64k	31842
256m	256m	64k	31842

在创建的线程数量达到31842个时，系统中无法创建任何线程。

 

由上面的测试结果可以看出增大堆内存（-Xms，-Xmx）会减少可创建的线程数量，增大线程栈内存（-Xss，32位系统中此参数值最小为60K）也会减少可创建的线程数量。

 

◆ 结合系统限制

线程数量31842的限制是是由系统可以生成的最大线程数量决定的：/proc/sys/kernel/threads-max，可其默认值是32080。修改其值为10000：echo 10000 > /proc/sys/kernel/threads-max，修改后的测试结果如下：

-Xms	-Xmx	-Xss	结果
256m	256m	64k	9761

这样的话，是不是意味着可以配置尽量多的线程？再做修改：echo 1000000 > /proc/sys/kernel/threads-max，修改后的测试结果如下：

-Xms	-Xmx	-Xss	结果
256m	256m	64k	32279
128m	128m	64k	32279

发现线程数量在达到32279以后，不再增长。查了一下，32位Linux系统可创建的最大pid数是32678，这个数值可以通过/proc/sys/kernel/pid_max来做修改（修改方法同threads-max），但是在32系统下这个值只能改小，无法更大。在threads-max一定的情况下，修改pid_max对应的测试结果如下：

pid_max	-Xms	-Xmx	-Xss	结果
1000	128m	128m	64k	582
10000	128m	128m	64k	9507

在Windows上的情况应该类似，不过相比Linux，Windows上可创建的线程数量可能更少。基于线程模型的服务器总要受限于这个线程数量的限制。

 

总结：

JVM中可以生成的最大数量由JVM的堆内存大小、Thread的Stack内存大小、系统最大可创建的线程数量（Java线程的实现是基于底层系统的线程机制来实现的，Windows下_beginthreadex，Linux下pthread_create）三个方面影响。具体数量可以根据Java进程可以访问的最大内存（32位系统上一般2G）、堆内存、Thread的Stack内存来估算。

序：

在64位Linux系统（CentOS 6， 3G内存）下测试，发现还有一个参数是会限制线程数量：max user process（可通过ulimit –a查看，默认值1024，通过ulimit –u可以修改此值），这个值在上面的32位Ubuntu测试环境下并无限制。

将threads-max，pid_max，max user process，这三个参数值都修改成100000，-Xms，-Xmx尽量小（128m，64m），-Xss尽量小（64位下最小104k，可取值128k）。事先预测在这样的测试环境下，线程数量就只会受限于测试环境的内存大小（3G），可是实际的测试结果是线程数量在达到32K（32768，创建的数量最多的时候大概是33000左右）左右时JVM是抛出警告：Attempt to allocate stack guard pages failed，然后出现OutOfMemoryError无法创建本地线程。查看内存后发现还有很多空闲，所以应该不是内存容量的原因。Google此警告无果，暂时不知什么原因，有待进一步研究。

序2：今天无意中发现文章[7]，马上试了下，果然这个因素会影响线程创建数量，按文中描述把/proc/sys/vm/max_map_count的数量翻倍，从65536变为131072，创建的线程总数量达到65000+，电脑基本要卡死（3G内存）… 简单查了下这个参数的作用，在[8]中的描述如下：

“This file contains the maximum number of memory map areas a process may have. Memory map areas are used as a side-effect of calling malloc, directly by mmap and mprotect, and also when loading shared libraries.

While most applications need less than a thousand maps, certain programs, particularly malloc debuggers, may consume lots of them, e.g., up to one or two maps per allocation.

The default value is 65536.”

 

OK，这个问题总算完满解决，最后总结下影响Java线程数量的因素：

Java虚拟机本身：-Xms，-Xmx，-Xss；

系统限制：

/proc/sys/kernel/pid_max，

/proc/sys/kernel/thread-max，

max_user_process（ulimit -u），

/proc/sys/vm/max_map_count。

 

根据上述结论有一个实际的案例。转自：http://blog.csdn.net/yaowj2/article/details/50235491

 

有应用报出这样的异常“java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread”。甚至机器上执行shell命令也会报”-bash: fork: Resource temporarily unavailable”异常。机器上的其他应用如hadoop也会受影响：

1	2013-08-21 20:15:48,496 FATAL org.apache.hadoop.yarn.event.AsyncDispatcher: Error in dispatcher thread

2	java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

3	at java.lang.Thread.start0(Native Method)

4	at java.lang.Thread.start(Thread.java:640)

5	at org.apache.hadoop.yarn.server.nodemanager.containermanager.localizer.

6	ResourceLocalizationService$LocalizerTracker.handle(ResourceLocalizationService.java:524)

7	at org.apache.hadoop.yarn.server.nodemanager.containermanager.localizer.

8	ResourceLocalizationService$LocalizerTracker.handle(ResourceLocalizationService.java:456)

9	at org.apache.hadoop.yarn.event.AsyncDispatcher.dispatch(AsyncDispatcher.java:128)

10	at org.apache.hadoop.yarn.event.AsyncDispatcher$1.run(AsyncDispatcher.java:77)

11	at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)

12	2013-08-21 20:15:48,497 INFO org.apache.hadoop.yarn.event.AsyncDispatcher: Exiting, bbye..

一看以为内存不够导致无法创建新的线程，但是观察机器上的内存还有空闲，猜测是哪个地方对线程创建有限制。

首先需要排除操作系统对线程创建数的限制，设置操作系统可以支持创建10万个线程：

1	echo "100000" > /proc/sys/kernel/threads-max

2	echo "100000" > /proc/sys/kernel/pid_max     （默认32768）

3	echo "200000" > /proc/sys/vm/max_map_count   （默认65530）

4	ulimit -u unlimited   (设置max user processes的值)

当前测试环境为：

1	[admin@bufer108081.tbc ~]$ uname -a

2	Linux bufer108081.tbc 2.6.32-220.23.2.ali927.el5.x86_64 #1 SMP Mon Jan 28 14:57:06 CST 2013 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

3	[admin@bufer108081.tbc ~]$ cat /etc/redhat-release

4	Red Hat Enterprise Linux Server release 5.7 (Tikanga)

5	[admin@bufer108081.tbc ~]$ java -version

6	java version "1.7.0_51"

7	Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_51-b13)

8	OpenJDK (Alibaba) 64-Bit Server VM (build 24.45-b08-internal, mixed mode)

9	[admin@bufer108081.tbc ~]$ ulimit -a

10	core file size          (blocks, -c) 0

11	data seg size           (kbytes, -d) unlimited

12	scheduling priority             (-e) 0

13	file size               (blocks, -f) unlimited

14	pending signals                 (-i) 387068

15	max locked memory       (kbytes, -l) 64

16	max memory size         (kbytes, -m) unlimited

17	open files                      (-n) 131072

18	pipe size            (512 bytes, -p) 8

19	POSIX message queues     (bytes, -q) 819200

20	real-time priority              (-r) 0

21	stack size              (kbytes, -s) 10240

22	cpu time               (seconds, -t) unlimited

23	max user processes              (-u) unlimited

24	virtual memory          (kbytes, -v) unlimited

25	file locks                      (-x) unlimited

26	[admin@bufer108081.tbc ~/dev/baoniu]$ free -g

27	total       used       free     shared    buffers     cached

28	Mem:            47         31         15          0          3         25

29	-/+ buffers/cache:          3         44

30	Swap:            0          0          0

测试程序见本文最后面。测试结果：突破了网上所说的32000个线程数，成功创建了 10万个线程。
（由于/proc/sys/kernel/pid_max默认为32768，所以网上很多测试程序测试JVM只能创建32000个线程。）

1	[admin@bufer108081.tbc ~/dev/baoniu]$ java -Xss128k MaxThreadsMain

2	The stack size specified is too small, Specify at least 228k

3	Error: Could not create the Java Virtual Machine.

4	Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

5	[admin@bufer108081.tbc ~/dev/baoniu]$ java -Xss228k MaxThreadsMain

6	4,000 threads: Time to create 4,000 threads was 0.846 seconds

7	8,000 threads: Time to create 4,000 threads was 2.425 seconds

8	12,000 threads: Time to create 4,000 threads was 4.813 seconds

9	16,000 threads: Time to create 4,000 threads was 7.229 seconds

10	20,000 threads: Time to create 4,000 threads was 10.443 seconds

11	24,000 threads: Time to create 4,000 threads was 14.480 seconds

12	28,000 threads: Time to create 4,000 threads was 19.709 seconds

13	32,000 threads: Time to create 4,000 threads was 24.742 seconds

14	36,000 threads: Time to create 4,000 threads was 31.181 seconds

15	40,000 threads: Time to create 4,000 threads was 36.629 seconds

16	44,000 threads: Time to create 4,000 threads was 42.796 seconds

17	48,000 threads: Time to create 4,000 threads was 48.659 seconds

18	52,000 threads: Time to create 4,000 threads was 55.030 seconds

19	56,000 threads: Time to create 4,000 threads was 60.130 seconds

20	60,000 threads: Time to create 4,000 threads was 67.419 seconds

21	64,000 threads: Time to create 4,000 threads was 73.507 seconds

22	68,000 threads: Time to create 4,000 threads was 79.416 seconds

23	72,000 threads: Time to create 4,000 threads was 85.261 seconds

24	76,000 threads: Time to create 4,000 threads was 92.201 seconds

25	80,000 threads: Time to create 4,000 threads was 98.087 seconds

26	84,000 threads: Time to create 4,000 threads was 108.263 seconds

27	88,000 threads: Time to create 4,000 threads was 114.840 seconds

28	92,000 threads: Time to create 4,000 threads was 121.841 seconds

29	96,000 threads: Time to create 4,000 threads was 127.714 seconds

30	After creating 99,410 threads, java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

31	at java.lang.Thread.start0(Native Method)

32	at java.lang.Thread.start(Thread.java:713)

33	at MaxThreadsMain.addThread(MaxThreadsMain.java:43)

34	at MaxThreadsMain.main(MaxThreadsMain.java:13)

创建9W多个线程后，进程占用内存：VIRT=40.5g RES=4.7g，用free -g查看系统还有9G的空闲(free)内存。

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JVM最多能启动的线程数参照公式：

 

1	(MaxProcessMemory - JVMMemory – ReservedOsMemory) / (ThreadStackSize) = Number of threads

• MaxProcessMemory : 进程的最大寻址空间
• JVMMemory : JVM内存
• ReservedOsMemory : 保留的操作系统内存，如Native heap，JNI之类，一般100多M
• ThreadStackSize : 线程栈的大小，jvm启动时由Xss指定

MaxProcessMemory：如32位的linux默认每个进程最多申请3G的地址空间，64位的操作系统可以支持到46位（64TB）的物理地址空间和47位（128T）的进程虚拟地址空间（linux 64位CPU内存限制）。

JVM内存：由Heap区和Perm区组成。通过-Xms和-Xmx可以指定heap区大小，通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize指定perm区的大小(默认从32MB 到64MB，和JVM版本有关)。

线程栈ThreadStackSize：

Java程序中，每个线程都有自己的Stack Space。这个Stack Space的空间是独立分配的，与-Xmx和-Xms指定的堆大小无关。Stack Space用来做方法的递归调用时压入Stack Frame。所以当递归调用太深的时候，就有可能耗尽Stack Space，爆出StackOverflow的错误。对于32位JVM，缺省值为256KB，对于64位JVM，缺省值为512KB。最大值根据平台和特定机器配置的不同而不同。如果超过最大值，那么将报告java/lang/OutOfMemoryError消息。

可见，减少Xss指定的线程栈大小能够启动更多的线程，但是线程总数也受到系统空闲内存和操作系统的限制。

总结下影响Java线程数量的因素：

• Java虚拟机本身：-Xms，-Xmx，-Xss；
• 系统限制：
  /proc/sys/kernel/pid_max，
  /proc/sys/kernel/thread-max，
  max_user_process（ulimit -u），
  /proc/sys/vm/max_map_count。

ps: 最后发现是这台机器上有个应用代码问题创建了过多的线程，达到系统限制，而影响了YARN和其他应用。一般来说，单机线程数过多可以考虑使用线程池或者更多的服务器。

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附测试程序：

1	import java.util.ArrayList;

2	import java.util.List;

3

4	public class MaxThreadsMain {

5

6	public static final int BATCH_SIZE = 4000;

7

8	public static void main(String... args) throws InterruptedException {

9	List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

10

try {

11	for (int i = 0; i <= 100 * 1000; i += BATCH_SIZE) {

12	long start = System.currentTimeMillis();

13	addThread(threads, BATCH_SIZE);

14	long end = System.currentTimeMillis();

15	Thread.sleep(1000);

16	long delay = end - start;

17	System.out.printf("%,d threads: Time to create %,d threads was %.3f seconds %n", threads.size(), BATCH_SIZE, delay / 1e3);

18

}

19	} catch (Throwable e) {

20	System.err.printf("After creating %,d threads, ", threads.size());

21	e.printStackTrace();

22

}

23

24

}

25

26	private static void addThread(List<Thread> threads, int num) {

27	for (int i = 0; i < num; i++) {

28	Thread t = new Thread(new Runnable() {

29

@Override

30	public void run() {

31

try {

32	while (!Thread.interrupted()) {

33	Thread.sleep(1000);

34

}

35	} catch (InterruptedException ignored) {

36

//

37

}

38

}

39

});

40	t.setDaemon(true);

41	t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

42	threads.add(t);

43	t.start();

44

}

45

}

46

}

 

附：

 

MySQL Performance: Hitting Error "Can't Create A New Thread (Errno 11)" On A High Number Of Connections:
Http://Dimitrik.Free.Fr/Blog/Archives/2010/11/Mysql-Performance-Hitting-Error-Cant-Create-A-New-Thread-Errno-11-On-A-High-Number-Of-Connections.Html


  $ Ulimit -U
  1024
It Explains 1000 Sessions Limitation ;-)


Adding Few Lines More To My "/Etc/Security/Limits.Conf" File:


  # Cat /Etc/Security/Limits.Conf
  Mysql     Soft    Nofile  10240
  Mysql     Hard    Nofile  40960
  Mysql     Soft    Nproc   10240
  Mysql     Hard    Nproc   40960
Fixed My Issue! :-))