JVM源码分析之一个Java进程究竟能创建多少线程

JVM源码分析之一个Java进程究竟能创建多少线程

原创： 寒泉子 你假笨 2016-12-06

概述

虽然这篇文章的标题打着JVM源码分析的旗号，不过本文不仅仅从JVM源码角度来分析，更多的来自于Linux Kernel的源码分析，今天要说的是JVM里比较常见的一个问题

这个问题可能有几种表述

• 一个Java进程到底能创建多少线程？

• 到底有哪些因素决定了能创建多少线程？

• java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread的异常究竟是怎么回事

不过我这里先声明下可能不能完全百分百将各种因素都理出来，因为毕竟我不是做Linux Kernel开发的，还有不少细节没有注意到的，我将我能分析到的因素和大家分享一下，如果大家在平时工作中还碰到别的因素，欢迎在文章下面留言，让更多人参与进来讨论

从JVM说起

线程大家都熟悉，new Thread().start()即会创建一个线程，这里我首先指出一点new Thread()其实并不会创建一个真正的线程，只有在调用了start方法之后才会创建一个线程，这个大家分析下Java代码就知道了，Thread的构造函数是纯Java代码，start方法会调到一个native方法start0里，而start0其实就是JVM_StartThread这个方法

从上面代码里首先要大家关注下最后的那个if判断if (native_thread->osthread() == NULL)，如果osthread为空，那将会抛出大家比较熟悉的unable to create new native thread OOM异常，因此osthread为空非常关键，后面会看到什么情况下osthread会为空

另外大家应该注意到了native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz)，在这里才会真正创建一个线程

上面代码里的os::create_thread(this, thr_type, stack_sz)会通过pthread_create来创建线程，而Linux下对应的实现如下：

如果在new OSThread的过程中就失败了，那显然osthread为NULL，那再回到上面第一段代码，此时会抛出java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread的异常，而什么情况下new OSThread会失败，比如说内存不够了，而这里的内存其实是C Heap，而非Java Heap，由此可见从JVM的角度来说，影响线程创建的因素包括了Xmx，MaxPermSize，MaxDirectMemorySize，ReservedCodeCacheSize等，因为这些参数会影响剩余的内存

另外注意到如果pthread_create执行失败，那通过thread->set_osthread(NULL)会设置空值，这个时候osthread也为NULL，因此也会抛出上面的OOM异常，导致创建线程失败，因此接下来要分析下pthread_create失败的因素

glibc中的pthread_create

stack_size

pthread_create的实现在glibc里，

上面我主要想说的一段代码是int err = ALLOCATE_STACK (iattr, &pd)，顾名思义就是分配线程栈，简单来说就是根据iattr里指定的stackSize，通过mmap分配一块内存出来给线程作为栈使用

那我们来说说stackSize，这个大家应该都明白，线程要执行，要有一些栈空间，试想一下，如果分配栈的时候内存不够了，是不是创建肯定失败？而stackSize在JVM下是可以通过-Xss指定的，当然如果没有指定也有默认的值，下面是JDK6之后(含)默认值的情况

估计不少人有一个疑问，栈内存到底属于-Xmx控制的Java Heap里的部分吗，这里明确告诉大家不属于，因此从glibc的这块逻辑来看，JVM里的Xss也是影响线程创建的一个非常重要的因素。

Linux Kernel里的clone

如果栈分配成功，那接下来就要创建线程了，大概逻辑如下

而create_thread其实是调用的系统调用clone

系统调用这块就切入到了Linux Kernel里

clone系统调用最终会调用do_fork方法，接下来通过剖解这个方法来分析Kernel里还存在哪些因素

max_user_processes




先看这么一段，这里其实就是判断用户的进程数有多少，大家知道在linux下，进程和线程其数据结构都是一样的，因此这里说的进程数可以理解为轻量级线程数，而这个最大值是可以通过ulimit -u可以查到的，所以如果当前用户起的线程数超过了这个限制，那肯定是不会创建线程成功的，可以通过ulimit -u value来修改这个值

max_map_count

在这个过程中不乏有malloc的操作，底层是通过系统调用brk来实现的，或者上面提到的栈是通过mmap来分配的，不管是malloc还是mmap，在底层都会有类似的判断

如果进程被分配的内存段超过sysctl_max_map_count就会失败，而这个值在linux下对应/proc/sys/vm/max_map_count，默认值是65530，可以通过修改上面的文件来改变这个阈值

max_threads

还存在max_threads的限制，代码如下

如果要修改或者查看可以通过/proc/sys/kernel/threads-max来操作， 这个值是受到物理内存的限制，在fork_init的时候就计算好了

pid_max

pid也存在限制

而alloc_pid的定义如下

在alloc_pidmap中会判断pid_max,而这个值的定义如下

这个值可以通过/proc/sys/kernel/pid_max来查看或者修改

总结

通过对JVM，glibc，Linux kernel的源码分析，我们暂时得出了一些影响线程创建的因素，包括

• JVM：Xmx，Xss，MaxPermSize，MaxDirectMemorySize，ReservedCodeCacheSize等

• Kernel：max_user_processes，max_map_count，max_threads，pid_max等

由于对kernel的源码研读时间有限，不一定总结完整，大家可以补充

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