记一次线程池任务执行异常

一个名为 fetch- 线程池负责从Redis中读取文本数据，将读取到的文本数据提交给另一个线程池 tw-，将 tw- 线程池将任务通过HTTP请求的形式上报给过滤服务。如下图所示：

一开始采用默认线程池配置方式：

    private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>(1000 * 20);    
private  final ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("fetch-%d").build();
    private final ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(3, nThreads, 1, TimeUnit.HOURS,
		    taskQueue, threadFactory, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

然后只提交三个任务startService()，startService() 是个while(true)以 pipeline 形式不停地从redis上读取文本数据。程序运行一段时间之后，就卡死了。

//nThreads 是 3	
for(int i = 0; i < nThreads; i++) {
	    executorService.execute(()->{
            startService();
	    });
	}
    }

看CPU、内存以及程序的GC日志，都是正常的。sudo jstack -l pid发现：

"fetch-26" #109 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fbfe00db000 nid=0xea76 waiting on condition [0x00007fc127bfc000]
"fetch-25" #108 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fbfec03c000 nid=0xea75 waiting on condition [0x00007fc1257dc000]
"fetch-24" #107 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fbf6c001000 nid=0xea74 waiting on condition [0x00007fc127cfd000]

执行从redis中读取文本任务的fetch- 线程池中的所有线程都阻塞了。由于提交的是Runnable任务，引用《Java并发编程实战》第七章中一段话：

导致线程提前死亡的最主要的原因是RuntimeException。由于这些异常表示出现了某种错误或者其他不可修复的错误，因此它们通常不会被捕获。它们不会在调用栈中逐层传递，而是默认地在控制台中输出栈追踪信息，并终止线程

When a thread exits due to an uncaught exception, the JVM reports this event to our UncaughtExceptionHandler, otherwise the default handler just prints the stack trace to standard error.

因此，我就自定义一个UncaughtExceptionHandler看看到底出现了什么错误：

public class FetchTextExceptionHandler implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(FetchTextExceptionHandler.class);
    @Override
    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
        logger.error("fetch redis text exception,thread name:{},msg:{}", t.getName(), e.getMessage());
    }
}

UncaughtExceptionHandler只是简单地记录日志，先找到出错原因再说。重新发版，上线一段时间后发现出现程序卡死了，这次有了异常日志：

2018-11-23 23:10:25.681 ERROR 29818 --- [fetch-0] c.y.t.a.s.FetchTextExceptionHandler : fetch redis text exception,thread name:fetch-0,msg:I/O error on POST request for "xxx": Read timed out; nested exception is java.net.SocketTimeoutException: Read timed out
2018-11-23 23:10:25.686 ERROR 29818 --- [fetch-2] c.y.t.a.s.FetchTextExceptionHandler : fetch redis text exception,thread name:fetch-2,msg:I/O error on POST request for "xxx": Read timed out; nested exception is java.net.SocketTimeoutException: Read timed out
2018-11-23 23:10:27.429 ERROR 29818 --- [fetch-1] c.y.t.a.s.FetchTextExceptionHandler : fetch redis text exception,thread name:fetch-1,msg:I/O error on POST request for "xxx": Read timed out; nested exception is java.net.SocketTimeoutException: Read timed out

一看这个日志有点奇怪，fetch线程只是读取redis上的文本数据，并将文本数据封装到一个Runnable任务里面提交给 Tw- 线程池，Tw-线程才是发送HTTP POST 请求将数据提交给过滤服务。

于是去检查创建Tw-线程池创建代码：发现了Tw-线程池采用的是CallerRunsPolicy延迟策略。

    private final ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
			.setUncaughtExceptionHandler(exceptionHandler).setNameFormat("tw-%d").build();
    private final ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(20, maximumPoolSize, 1, TimeUnit.HOURS,
		    taskQueue, threadFactory, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

也就是说：当Fecth-线程提交任务过快时，Tw-线程池的taskQueue满了，CallerRunsPolicy让任务回退到调用者，任务由fetch-线程来执行了。因此，上面的日志打印出来的是线程名字是fetch：thread name:fetch-0,msg.....

再引用一段话：

调用者运行策略（Caller-Runs）实现了一种调节机制，该策略不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。它不会在线程池(这里的线程池是 tw-线程池)的某个线程中执行新提交的任务，而是在一个调用了execute的线程(fetch 线程)中执行该任务【fetch 线程执行execute 向 tw-线程池提交任务】

知道了异常出现的原因，于是我就把 tw-线程的饱和策略从原来的CallerRunsPolicy修改成AbortPolicy，再重新运行程序，一段时间后，发现 tw-线程池中的30个线程全部阻塞，fetch-线程池中的三个线程也全部阻塞。如下图：

在程序中每个tw-线程隔20ms发送一次HTTP POST请求，将文本上报给过滤服务，30个tw-线程，并发量大约是1500次每秒，每次提交的数据不超过30KB吧。

看程序输出的log日志：30个tw- 线程都是一样的异常SocketTimeoutException,Read timed out。

2018-11-24 09:16:47.885 ERROR 9765 --- [tw-310] c.y.t.a.s.ReportTwExceptionHandler : http request report tw exception,thread name:tw-310,cause:java.net.SocketTimeoutException: Read timed out,msg:I/O error on POST request for "xxx": Read timed out; nested exception is java.net.SocketTimeoutException: Read timed out

而3个 fetch-线程的异常日志是：rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

2018-11-24 09:04:36.758 ERROR 9765 --- [fetch-2] c.y.t.a.s.FetchTextExceptionHandler : fetch redis text exception,thread name:fetch-2,msg:Task ReportTwAuditService$$Lambda$75/259476123@7376559c rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@75fa1939[Running, pool size = 30, active threads = 30, queu
ed tasks = 50000, completed tasks = 20170]

这是因为 fetch-线程向 tw-线程池提交任务，而tw-线程池上面的饱和策略已经改成了AbortPolicy，当tw-线程池任务队列满了时，tw-线程就把 fetch-线程提交过来的任务给拒绝了，并向fetch-线程抛出RejectedExecutionException 异常。

总结一下就是：30个tw-线程因为发送HTTP POST请求给过滤服务出现 SocketTimeoutException,Read timed out全部阻塞，而tw-线程池的饱和策略是AbortPolicy，即：丢弃任务并抛出RejectedExecutionException 异常，导致 fetch 线程阻塞，且提交给tw-线程池的任务被 abort，这就是上面那张图中所有线程都全部阻塞的原因。

再引用一段话：

工作线程在执行一个任务时被阻塞，如果等待用户的输入数据，但是用户一直不输入数据，导致这个线程一直被阻塞。这样的工作线程名存实亡，它实际上不执行任何任务了。如果线程池中的所有线程都处于这样的状态，那么线程池就无法加入新的任务了。各种类型的线程池中一个严重的风险是线程泄漏，当从线程池中除去一个线程以执行一项任务，而在任务完成后该线程却没有返回池时，会发生这种情况。发生线程泄漏的一种情形出现在任务抛出一个 RuntimeException 或一个 Error 时。如果池类没有捕捉到它们，那么线程只会退出而线程池的大小将会永久减少一个。当这种情况发生的次数足够多时，线程池最终就为空，而且系统将停止，因为没有可用的线程来处理任务。

既然tw-线程发送HTTP请求出现了 SocketTImeoutException，那么来看看HTTP连接池的配置：

import org.apache.http.client.HttpClient;
import org.apache.http.client.config.RequestConfig;
import org.apache.http.impl.client.DefaultConnectionKeepAliveStrategy;
import org.apache.http.impl.client.HttpClientBuilder;
import org.apache.http.impl.conn.PoolingHttpClientConnectionManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.http.client.ClientHttpRequestFactory;
import org.springframework.http.client.HttpComponentsClientHttpRequestFactory;
import org.springframework.http.converter.HttpMessageConverter;
import org.springframework.http.converter.StringHttpMessageConverter;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Created by Administrator on 2018/7/4.
 * 配置 RestTemplate 连接池
 */
@Configuration
public class RestTemplateConfig {

	/**
	 * 	https://stackoverflow.com/questions/44762794/java-spring-resttemplate-sets-unwanted-headers
     * 	set http header explicitly: "Accept-Charset": "utf-8"
	 */
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
	RestTemplate restTemplate = new RestTemplate(httpRequestFactory());
	for (HttpMessageConverter converter : restTemplate.getMessageConverters()) {
	    if (converter instanceof StringHttpMessageConverter) {
		((StringHttpMessageConverter)converter).setWriteAcceptCharset(false);
	    }
	}
	return restTemplate;
    }

    @Bean
    public ClientHttpRequestFactory httpRequestFactory() {
	return new HttpComponentsClientHttpRequestFactory(httpClient());
    }

    @Bean
    public HttpClient httpClient() {
	//配置http长连接
	PoolingHttpClientConnectionManager connectionManager = new PoolingHttpClientConnectionManager(30, TimeUnit.SECONDS);
	connectionManager.setMaxTotal(1000);
	connectionManager.setDefaultMaxPerRoute(20);
	RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom()
            //服务器返回数据(response)的时间，超过该时间抛出read timeout
			.setSocketTimeout(5000)
            //连接上服务器(握手成功)的时间，超出该时间抛出connect timeout
			.setConnectTimeout(5000)
            //从连接池中获取连接的超时时间，超过该时间未拿到可用连接抛出异常
			.setConnectionRequestTimeout(1000).build();

	return HttpClientBuilder.create().setDefaultRequestConfig(requestConfig).
			setConnectionManager(connectionManager).
			setConnectionManagerShared(true)
            //keep alive
			.setKeepAliveStrategy(DefaultConnectionKeepAliveStrategy.INSTANCE)
			.build();
    }
}

到这里就大概知道解决方案了：

让弱鸡的过滤服务牛B一点，这有点不太可能的。你懂的……
控制HTTP 请求速度，并添加线程抛出异常时处理方法（自定义ThreadPoolExecutor，重写afterExecute方法）而不仅仅是实现UncaughtExceptionHandler，简单地打印出异常日志。
fetch-线程阻塞的原因是因为：向tw-线程池提交任务，而tw-线程池采用的饱和策略是AbortPolicy，如果把它改成：DiscardPolicy直接丢弃任务而不抛出异常。这样fetch-线程就不会收到RejectedExecutionException 异常而阻塞了。当然了，采用DiscardPolicy饱和策略的话，fetch-线程提交任务出现异常就无法感知了，这时我们还可以自定义饱和策略。如下：可以简单地打印出一个日志：

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/**
 * @author xxx
 * @date 2018/11/24
 */
public class ReportTwRejectExceptionHandler implements RejectedExecutionHandler {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ReportTwRejectExceptionHandler.class);
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        logger.error("fetch thread submit task rejected. {}",executor.toString());
    }
}

再修改一下 tw-线程池的配置参数：

//使用我们自定义的饱和策略 RejectedExecutionHandler，当有线程提交任务给tw-线程池时,若出现错误会打印日志
private RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = new ReportTwRejectExceptionHandler();
private ReportTwExceptionHandler exceptionHandler = new ReportTwExceptionHandler();
private final ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
			.setUncaughtExceptionHandler(exceptionHandler).setNameFormat("tw-%d").build();
	//队列长度为50000
    private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>(1000 * 10 * 5);
	//maximumPoolSize=30
    private final ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(20, maximumPoolSize, 1, TimeUnit.HOURS,
		    taskQueue, threadFactory, rejectedExecutionHandler);

这样，如果fetch线程向 tw-线程池提交任务出错，就会收到如下日志了：

2018-11-24 17:05:45.511 ERROR 38161 --- [fetch-0] c.y.t.a.e.ReportTwRejectExceptionHandler : fetch thread submit task rejected.java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@41a28fcd[Running, pool size = 30, active threads = 30, queued tasks = 50000, completed tasks = 110438]

其他一些：

private static final int nThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();//24

返回的是逻辑cpu的个数。

~$ cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l
24

在一台机器上开多少个线程合适？有个公式$$N_{threads}=N_{cpu}U_{cpu}(1+\frac{W}{C})$$

W是等待时间、C是使用CPU的计算时间。因此，需要估计任务的类型，是计算密集型，还是IO密集型？另外：一台物理机上不仅仅是你写的程序在上面跑，还有其他人写的程序也在上面跑，因此，在使用这个公式计算线程数目时也要注意到这一点。

如果任务之间是异构的且独立的，两种不同类型的任务，那么可以使用2个线程池来执行这些任务。比如一个线程池执行CPU密集型任务，另一个线程池执行IO密集型任务。

为什么要自定义线程池？

个人认为我们在写代码的时候对要处理的任务是有一定的了解的，比如并发量多大？数据量多大？根据这些信息就大概能知道任务队列定义多长合适，而不是采用默认的无界阻塞队列。

同时，对任务的特征也有所了解，比如是否要调用远程HTTP服务？是否写磁盘有IO阻塞？还是只是转换数据、处理数据，另外所部署的服务器的硬件性能咋样？这些都能作为定义线程个数的一些参考。

最后，采用自定义线程池，在任务执行出错了，可能更灵活地控制处理错误，比如记录错误日志、执行任务前以及执行任务后的清理操作……

参考资料

How to Handle Died Threads due to Uncaught Exceptions in Java
10个线程池使用小tips
《JAVA 并发编程实战》

原文：https://www.cnblogs.com/hapjin/p/10012435.html

posted @ 2018-11-24 23:19 大熊猫同学阅读(5608) 评论(0) 编辑收藏举报

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记一次线程池任务执行异常