多线程使用不当导致的 OOM

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事故描述

从 6 点 32 分开始少量用户访问 App 时会出现首页访问异常,到 7 点 20 分首页服务大规模不可用,7 点 36 分问题解决。

整体经过

6:58  发现报警,同时发现群里反馈首页出现网络繁忙,考虑到前几日晚上门店列表服务上线发布过,所以考虑回滚代码紧急处理问题。

7:07 开始先后联系 XXX 查看解决问题。

7:36  代码回滚完,服务恢复正常。

事故根本原因

事故代码模拟:


public static void test() throws InterruptedException, ExecutionException {

    Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<>(executor);
        service.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                return "HelloWorld--" + Thread.currentThread().getName();
            }
        });
}

根源就在于 ExecutorCompletionService 结果没调用take、poll方法。

正确的写法如下所示:

public static void test() throws InterruptedException, ExecutionException {
    Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<>(executor);
    service.submit(new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "HelloWorld--" + Thread.currentThread().getName();
        }
    });
    service.take().get();
}

一行代码引发的血案,而且不容易被发现。因为 OOM 是一个内存缓慢增长的过程,稍微粗心大意就会忽略。如果是这个代码块的调用量少的话,很可能几天甚至几个月后暴雷。

操作人回滚或者重启服务器确实是最快的方式。但是如果不是事后快速分析出 OOM 的代码,而且不巧回滚的版本也是带 OOM 代码的,就比较悲催了。如刚才所说,流量小了、回滚或者重启都可以释放内存;但是流量大的情况下,除非回滚到正常的版本,否则 GG。

探寻问题根源

为了更好的理解 ExecutorCompletionService 的 “套路”,我们用 ExecutorService 来作为对比,可以让我们更好地清楚什么场景下用 ExecutorCompletionService

先看 ExecutorService 代码(建议下载后自己跑一跑)

public static void test1() throws Exception{
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    ArrayList<Future<String>> futureArrayList = new ArrayList<>();
    System.out.println("公司让你通知大家聚餐 你开车去接人");
    Future<String> future10 = executorService.submit(() -> {
        System.out.println("总裁:我在家上大号 我最近拉肚子比较慢 要蹲1个小时才能出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        System.out.println("总裁:1小时了 我上完大号了。你来接吧");
        return "总裁上完大号了";
    });
    futureArrayList.add(future10);
    Future<String> future3 = executorService.submit(() -> {
        System.out.println("研发:我在家上大号 我比较快 要蹲3分钟就可以出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        System.out.println("研发:3分钟 我上完大号了。你来接吧");
        return "研发上完大号了";
    });
    futureArrayList.add(future3);
    Future<String> future6 = executorService.submit(() -> {
        System.out.println("中层管理:我在家上大号  要蹲10分钟就可以出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(6);
        System.out.println("中层管理:10分钟 我上完大号了。你来接吧");
        return "中层管理上完大号了";
    });
    futureArrayList.add(future6);
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    System.out.println("都通知完了,等着接吧。");
    try {
        for (Future<String> future : futureArrayList) {
            String returnStr = future.get();
            System.out.println(returnStr + ",你去接他");
        }
        Thread.currentThread().join();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

三个任务,每个任务执行时间分别是 10s、3s、6s 。通过 JDK 线程池的 submit 提交这三个 Callable 类型的任务。

  • 第一步:主线程把三个任务提交到线程池里面去,把对应返回的 Future 放到 List 里面存起来,然后执行“都通知完了,等着接吧。”这行输出语句;

  • 第二步:在循环里面执行 future.get() 操作,阻塞等待。

最后结果如下:

多线程使用不当导致的 OOM

先通知到总裁,也是先接总裁 足足等了 1 个小时,接到总裁后再去接研发和中层管理,尽管他们早就完事儿了,也得等总裁上完厕所~~

耗时最久的-10s 异步任务最先进入 list 执行。所以在循环过程中获取这个 10 s的任务结果的时候,get 操作会一直阻塞,直到 10s 异步任务执行完毕。即使 3s、5s 的任务早就执行完了也得阻塞,等待 10s 任务执行完。

看到这里,尤其是做网关业务的同学可能会产生共鸣。一般来说,网关 RPC 会调用下游 N 多个接口,如下图:

多线程使用不当导致的 OOM

如果都按照 ExecutorService 这种方式,并且恰巧前几个任务调用的接口耗时比较久,同时阻塞等待,那就比较悲催了。所以 ExecutorCompletionService 应景而出。它作为任务线程的合理管控者,“任务规划师”的称号名副其实。

相同场景 ExecutorCompletionService 代码:

public static void test2() throws Exception {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    ExecutorCompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executorService);
    System.out.println("公司让你通知大家聚餐 你开车去接人");
    completionService.submit(() -> {
        System.out.println("总裁:我在家上大号 我最近拉肚子比较慢 要蹲1个小时才能出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        System.out.println("总裁:1小时了 我上完大号了。你来接吧");
        return "总裁上完大号了";
    });
    completionService.submit(() -> {
        System.out.println("研发:我在家上大号 我比较快 要蹲3分钟就可以出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        System.out.println("研发:3分钟 我上完大号了。你来接吧");
        return "研发上完大号了";
    });
    completionService.submit(() -> {
        System.out.println("中层管理:我在家上大号  要蹲10分钟就可以出来 你等会来接我吧");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(6);
        System.out.println("中层管理:10分钟 我上完大号了。你来接吧");
        return "中层管理上完大号了";
    });
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    System.out.println("都通知完了,等着接吧。");
    //提交了3个异步任务)
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        String returnStr = completionService.take().get();
        System.out.println(returnStr + ",你去接他");
    }
    Thread.currentThread().join();
}

跑完结果如下:

多线程使用不当导致的 OOM

这次就相对高效了一些。虽然先通知的总裁,但是根据大家上大号的速度,谁先拉完先去接谁,不用等待上大号最久的总裁了(现实生活里建议采用第一种,不等总裁的后果 emmm 哈哈哈)。

放在一起对比下输出结果:

多线程使用不当导致的 OOM

两段代码的差异非常小 获取结果的时候 ExecutorCompletionService 使用了:

completionService.take().get();

为什么要用 take() 然后再 get() 呢?

我们看看源码:

CompletionService 接口以及接口的实现类

1、ExecutorCompletionServiceCompletionService 接口的实现类
多线程使用不当导致的 OOM
2、接着跟一下 ExecutorCompletionService 的构造方法。

可以看到入参需要传一个线程池对象,默认使用的队列是 LinkedBlockingQueue,不过还有另外一个构造方法可以指定队列类型,如下两张图,有两个构造方法。默认 LinkedBlockingQueue 的构造方法。

多线程使用不当导致的 OOM

可选队列类型的构造方法:

多线程使用不当导致的 OOM
3、Submit 任务提交的两种方式,都是有返回值的,我们例子中用到的就是第一种 Callable 类型的方法。
多线程使用不当导致的 OOM
4、对比ExecutorService 和 ExecutorCompletionService 的 submit 方法可以看出区别。
多线程使用不当导致的 OOM
多线程使用不当导致的 OOM
5、差异就在 QueueingFuture。

这个到底作用是啥,我们继续跟进去看:

  • QueueingFuture 继承自 FutureTask,而且红线部分标注的位置,重写了 done() 方法;

  • 把 task 放到 completionQueue 队列里面。当任务执行完成后,task 就会被放到队列里面去了;

  • 此时此刻,completionQueue 队列里面的 task 都是已经 done() 完成了的 task。而这个 task 就是我们拿到的一个个的 future 结果;

  • 如果调用 completionQueue 的 task 方法,会阻塞等待任务。等到的一定是完成了的 future,我们调用  .get() 方法 就能立马获得结果。

多线程使用不当导致的 OOM

看到这里,相信大家伙都应该多少明白点了:

  • 我们在使用 ExecutorService submit 提交任务后需要关注每个任务返回的 future。然而 CompletionService 对这些 future 进行了追踪,并且重写了 done 方法,让你等的 completionQueue 队列里面一定是完成了的 task;

  • 作为网关 RPC 层,我们不用因为某一个接口的响应慢拖累所有的请求,可以在处理最快响应的业务场景里使用 CompletionService

但是请注意!也是本次事故的核心问题。

只有调用了 ExecutorCompletionService 下面的 3 个方法的任意一个时,阻塞队列中的 task 执行结果才会从队列中移除掉,释放堆内存。

由于该业务不需要使用任务的返回值,没有调用 take、poll 方法,从而导致没有释放堆内存。堆内存会随着调用量的增加一直增长。

多线程使用不当导致的 OOM

所以,业务场景中不需要使用任务返回值的,别没事儿使用 CompletionService。假如使用了,记得一定要从阻塞队列中移除掉 task 执行结果,避免 OOM!

总结

知道事故的原因,我们来总结下方法论。毕竟孔子他老人家说过:自省吾身,常思己过,善修其身!

上线前
  • 严格的代码 review 习惯,一定要交给 back 人去看,毕竟自己写的代码自己是看不出问题的,相信每个程序猿都有这个自信;

  • 上线记录:备注好上一个可回滚的包版本(给自己留一个后路);

  • 上线前确认回滚后,业务是否可降级。如果不可降级,一定要严格拉长这次上线的监控周期。

上线后
  • 持续关注内存增长情况(这部分极容易被忽略,大家对内存的重视度不如 CPU 使用率);

  • 持续关注 CPU 使用率增长情况

  • GC 情况、线程数是否增长、是否有频繁的 Full GC 等;

  • 关注服务性能报警,TP99、999 、MAX 是否出现明显的增高。

来源:juejin.cn/post/7064376361334358046

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原文始发于微信公众号(Java知音):多线程使用不当导致的 OOM