慧销平台ThreadPoolExecutor内存泄漏分析

作者：京东零售 冯晓涛

问题背景

京东生旅平台慧销系统，作为平台系统对接了多条业务线，主要进行各个业务线广告，召回等活动相关内容与能力管理。

最近根据告警发现内存持续升高，每隔2-3天会收到内存超过阈值告警，猜测可能存在内存泄漏的情况，然后进行排查。根据24小时时间段内存监控可以发现，容器的内存在持续上升：

问题排查

初步估计内存泄漏，查看24小时时间段jvm内存监控，排查jvm内存回收情况：

YoungGC和FullGC情况：

通过jvm内存分析和YoungGC与FullGC执行情况，可以判断可能原因如下：

1、 存在YoungGC但是没有出现FullGC，可能是对象进入老年代但是没有到达FullGC阈值，所以没有触发FullGC，对象一直存在老年代无法回收

2、 存在内存泄漏，虽然执行了YoungGC，但是这部分内存无法被回收

通过线程数监控，观察当前线程情况，发现当前线程数7427个，并且还在不断上升，基本判断存在内存泄漏，并且和线程池的不当使用有关：

通过JStack，获取线程堆栈文件并进行分析，排查为什么会有这么多线程：

发现通过线程池创建的线程数达7000+：

代码分析

分析代码中ThreadPoolExecutor的使用场景，发现在一个worker公共类中定义了一个线程池，worker执行时会使用线程池进行异步执行。

 public class BackgroundWorker {

     private static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor;

     static {
         init(15);
     }

     public static void init() {
         init(15);
     }

     public static void init(int poolSize) {
         threadPoolExecutor =
                 new ThreadPoolExecutor(3, poolSize, 1000, TimeUnit.MINUTES, new LinkedBlockingDeque<>(1000), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
     }

     public static void shutdown() {
         if (threadPoolExecutor != null && !threadPoolExecutor.isShutdown()) {
             threadPoolExecutor.shutdownNow();
         }
     }

     public static void submit(final Runnable task) {
         if (task == null) {
             return;
         }
         threadPoolExecutor.execute(() -> {
             try {
                 task.run();
             } catch (Exception e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         });
     }

 }

广告缓存刷新worker使用线程池的代码：

 public class AdActivitySyncJob {

    @Scheduled(cron = "0 0/5 * * * ?")
    public void execute() {
        log.info("AdActivitySyncJob start");
        List<DicDTO> locationList = locationService.selectLocation();
        if (CollectionUtils.isEmpty(locationList)) {
            return;
        }

        //中间省略部分无关代码

        BackgroundWorker.init(40);
        locationCodes.forEach(locationCode -> {
            showChannelMap.forEach((key,value)->{
                BackgroundWorker.submit(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        log.info("AdActivitySyncJob,locationCode:{},showChannel:{}",locationCode,value);
                        Result<AdActivityDTO> result = notLoginAdActivityOuterService.getAdActivityByLocationInner(locationCode, ImmutableMap.of("showChannel", value));
                        LocalCache.AD_ACTIVITY_CACHE.put(locationCode.concat("_").concat(value), result);
                    }
                });
            });
        });
        log.info("AdActivitySyncJob end");
    }

    @PostConstruct
    public void init() {
        execute();
    }
}

原因分析：猜测是worker每次执行，都会执行init方法，创建新的线程池，但是局部创建的线程池并没有被关闭，导致内存中的线程池越来越多，ThreadPoolExecutor在使用完成后，如果不手动关闭，无法被GC回收。

分析验证

验证局部线程池ThreadPoolExecutor创建后，如果不手动关闭，是否会被GC回收：

public class Test {
    private static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1;i<100;i++){
            //每次均初始化线程池
            threadPoolExecutor =
                    new ThreadPoolExecutor(3, 15, 1000, TimeUnit.MINUTES, new LinkedBlockingDeque<>(1000), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

            //使用线程池执行任务
            for(int j=0;j<10;j++){
                submit(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                    }
                });
            }

        }
        //获取当前所有线程
        ThreadGroup group = Thread.currentThread().getThreadGroup();
        ThreadGroup topGroup = group;
        // 遍历线程组树，获取根线程组
        while (group != null) {
            topGroup = group;
            group = group.getParent();
        }
        int slackSize = topGroup.activeCount() * 2;
        Thread[] slackThreads = new Thread[slackSize];
        // 获取根线程组下的所有线程，返回的actualSize便是最终的线程数
        int actualSize = topGroup.enumerate(slackThreads);
        Thread[] atualThreads = new Thread[actualSize];
        System.arraycopy(slackThreads, 0, atualThreads, 0, actualSize);
        System.out.println("Threads size is " + atualThreads.length);
        for (Thread thread : atualThreads) {
            System.out.println("Thread name : " + thread.getName());
        }
    }

    public static void submit(final Runnable task) {
        if (task == null) {
            return;
        }
        threadPoolExecutor.execute(() -> {
            try {
                task.run();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

输出：

Threads size is 302

Thread name : Reference Handler

Thread name : Finalizer

Thread name : Signal Dispatcher

Thread name : main

Thread name : Monitor Ctrl-Break

Thread name : pool-1-thread-1

Thread name : pool-1-thread-2

Thread name : pool-1-thread-3

Thread name : pool-2-thread-1

Thread name : pool-2-thread-2

Thread name : pool-2-thread-3

Thread name : pool-3-thread-1

Thread name : pool-3-thread-2

Thread name : pool-3-thread-3

Thread name : pool-4-thread-1

Thread name : pool-4-thread-2

Thread name : pool-4-thread-3

Thread name : pool-5-thread-1

Thread name : pool-5-thread-2

Thread name : pool-5-thread-3

Thread name : pool-6-thread-1

Thread name : pool-6-thread-2

Thread name : pool-6-thread-3

…………

执行结果分析，线程数量302个，局部线程池创建的核心线程没有被回收。

修改初始化线程池部分：

//初始化一次线程池
threadPoolExecutor =
        new ThreadPoolExecutor(3, 15, 1000, TimeUnit.MINUTES, new LinkedBlockingDeque<>(1000), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

for (int i=1;i<100;i++){
    //使用线程池执行任务
    for(int j=0;j<10;j++){
        submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
            }
        });
    }

}

输出：

Threads size is 8

Thread name : Reference Handler

Thread name : Finalizer

Thread name : Signal Dispatcher

Thread name : main

Thread name : Monitor Ctrl-Break

Thread name : pool-1-thread-1

Thread name : pool-1-thread-2

Thread name : pool-1-thread-3

解决方案

1、只初始化一次，每次执行worker复用线程池

2、每次执行完成后，关闭线程池

BackgroundWorker的定位是后台执行worker均进行线程池的复用，所以采用方案1，每次在static静态代码块中初始化，使用时无需重新初始化。

解决后监控：

jvm内存监控，内存不再持续上升：

线程池恢复正常且平稳：

Jstack文件，观察线程池数量恢复正常：

Dump文件分析线程池对象数量：

拓展

1、 如何关闭线程池

线程池提供了两个关闭方法，shutdownNow 和 shutdown 方法。

shutdownNow方法的解释是：线程池拒接收新提交的任务，同时立马关闭线程池，线程池里的任务不再执行。

shutdown方法的解释是：线程池拒接收新提交的任务，同时等待线程池里的任务执行完毕后关闭线程池。

2、 为什么threadPoolExecutor不会被GC回收

threadPoolExecutor =
         new ThreadPoolExecutor(3, 15, 1000, TimeUnit.MINUTES, new LinkedBlockingDeque<>(1000), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

局部使用后未手动关闭的线程池对象，会被GC回收吗？获取线上jump文件进行分析：

发现线程池对象没有被回收，为什么不会被回收？查看ThreadPoolExecutor.execute()方法：

如果当前线程数小于核心线程数，就会进入addWorker方法创建线程：

分析runWorker方法，如果存在任务则执行，否则调用getTask()获取任务：

发现workQueue.take()会一直阻塞，等待队列中的任务，因为Thread线程一直没有结束， 存在引用关系：ThreadPoolExecutor->Worker->Thread，因为存在GC ROOT的引用，所以无法被回收 。