线程池中的一个 BUG，注意了！！(线程池中的一个线程执行完一个任务后)

来源：https://segmentfault.com/a/1190000021109130 问题描述 前几天在帮同事排查生产一个线上偶发的线程池错误 逻辑很简单，线程池执行了一个带结果的异步任务。但是最近有偶发的报错： java.util.concurrent.RejectedExecutionE ...

推荐整理分享线程池中的一个 BUG，注意了！！(线程池中的一个线程执行完一个任务后)，希望有所帮助，仅作参考，欢迎阅读内容。

文章相关热门搜索词:线程池个数,线程池中的一个数是什么,线程池中的线程,线程池个数,线程池的一个线程挂了,线程池个数,线程池的一个线程挂了,线程池中的一个数是什么,内容如对您有帮助，希望把文章链接给更多的朋友！

来源：https://segmentfault.com/a/1190000021109130

问题描述

前几天在帮同事排查生产一个线上偶发的线程池错误

逻辑很简单，线程池执行了一个带结果的异步任务。但是最近有偶发的报错：

java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task java.util.concurrent.FutureTask@a5acd19 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@30890a38[Terminated, pool size = 0, active threads = 0, queued tasks = 0, completed tasks = 0]

本文中的模拟代码已经问题都是在HotSpot java8 (1.8.0_221)版本下模拟&出现的

下面是模拟代码，通过Executors.newSingleThreadExecutor创建一个单线程的线程池，然后在调用方获取Future的结果

public class ThreadPoolTest { public static void main(String[] args) { final ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 8; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { Future<String> future = threadPoolTest.submit(); try { String s = future.get(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } catch (Error e) { e.printStackTrace(); } } } }).start(); } //子线程不停gc，模拟偶发的gc new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { System.gc(); } } }).start(); } /** * 异步执行任务 * @return */ public Future<String> submit() { //关键点，通过Executors.newSingleThreadExecutor创建一个单线程的线程池 ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(); FutureTask<String> futureTask = new FutureTask(new Callable() { @Override public Object call() throws Exception { Thread.sleep(50); return System.currentTimeMillis() + ""; } }); executorService.execute(futureTask); return futureTask; }}分析&疑问

第一个思考的问题是：线程池为什么关闭了，代码中并没有手动关闭的地方。看一下Executors.newSingleThreadExecotor的源码实现：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));}

这里创建的实际上是一个FinalizableDelegatedExecutorService，这个包装类重写了finalize函数，也就是说这个类会在被GC回收之前，先执行线程池的shutdown方法。

问题来了，GC只会回收不可达（unreachable）的对象，在submit函数的栈帧未执行完出栈之前，executorService应该是可达的才对。

更多多线程系列教程：https://www.javastack.cn/categories/Java/

对于此问题，先抛出结论：

当对象仍存在于作用域（stack frame）时，finalize也可能会被执行

oracle jdk文档中有一段关于finalize的介绍：

A reachable object is any object that can be accessed in any potential continuing computation from any live thread.

Optimizing transformations of a program can be designed that reduce the number of objects that are reachable to be less than those which would naively be considered reachable. For example, a Java compiler or code generator may choose to set a variable or parameter that will no longer be used to null to cause the storage for such an object to be potentially reclaimable sooner.

大概意思是：可达对象(reachable object)是可以从任何活动线程的任何潜在的持续访问中的任何对象；java编译器或代码生成器可能会对不再访问的对象提前置为null，使得对象可以被提前回收

也就是说，在jvm的优化下，可能会出现对象不可达之后被提前置空并回收的情况

举个例子来验证一下，摘自：https://stackoverflow.com/questions/24376768/can-java-finalize-an-object-when-it-is-still-in-scope

class A { @Override protected void finalize() { System.out.println(this + " was finalized!"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { A a = new A(); System.out.println("Created " + a); for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) { if (i % 1_000_00 == 0) System.gc(); } System.out.println("done."); }}//打印结果Created A@1be6f5c3A@1be6f5c3 was finalized!//finalize方法输出done.

从例子中可以看到，如果a在循环完成后已经不再使用了，则会出现先执行finalize的情况；虽然从对象作用域来说，方法没有执行完，栈帧并没有出栈，但是还是会被提前执行。

现在来增加一行代码，在最后一行打印对象a，让编译器/代码生成器认为后面有对象a的引用

...System.out.println(a);//打印结果Created A@1be6f5c3done.A@1be6f5c3

从结果上看，finalize方法都没有执行（因为main方法执行完成后进程直接结束了），更不会出现提前finalize的问题了

基于上面的测试结果，再测试一种情况，在循环之前先将对象a置为null，并且在最后打印保持对象a的引用

A a = new A();System.out.println("Created " + a);a = null;//手动置nullfor (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) { if (i % 1_000_00 == 0) System.gc();}System.out.println("done.");System.out.println(a);//打印结果Created A@1be6f5c3A@1be6f5c3 was finalized!done.null

从结果上看，手动置null的话也会导致对象被提前回收，虽然在最后还有引用，但此时引用的也是null了

现在再回到上面的线程池问题，根据上面介绍的机制，在分析没有引用之后，对象会被提前finalize

可在上述代码中，return之前明明是有引用的executorService.execute(futureTask)，为什么也会提前finalize呢？

猜测可能是由于在execute方法中，会调用threadPoolExecutor，会创建并启动一个新线程，这时会发生一次主动的线程切换，导致在活动线程中对象不可达

结合上面Oracle Jdk文档中的描述“可达对象(reachable object)是可以从任何活动线程的任何潜在的持续访问中的任何对象”，可以认为可能是因为一次显示的线程切换，对象被认为不可达了，导致线程池被提前finalize了

下面来验证一下猜想：

//入口函数public class FinalizedTest { public static void main(String[] args) { final FinalizedTest finalizedTest = new FinalizedTest(); for (int i = 0; i < 8; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { TFutureTask future = finalizedTest.submit(); } } }).start(); } new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { System.gc(); } } }).start(); } public TFutureTask submit(){ TExecutorService TExecutorService = Executors.create(); TExecutorService.execute(); return null; }}//Executors.java，模拟juc的Executorspublic class Executors { /** * 模拟Executors.createSingleExecutor * @return */ public static TExecutorService create(){ return new FinalizableDelegatedTExecutorService(new TThreadPoolExecutor()); } static class FinalizableDelegatedTExecutorService extends DelegatedTExecutorService { FinalizableDelegatedTExecutorService(TExecutorService executor) { super(executor); } /** * 析构函数中执行shutdown，修改线程池状态 * @throws Throwable */ @Override protected void finalize() throws Throwable { super.shutdown(); } } static class DelegatedTExecutorService extends TExecutorService { protected TExecutorService e; public DelegatedTExecutorService(TExecutorService executor) { this.e = executor; } @Override public void execute() { e.execute(); } @Override public void shutdown() { e.shutdown(); } }}//TThreadPoolExecutor.java，模拟juc的ThreadPoolExecutorpublic class TThreadPoolExecutor extends TExecutorService { /** * 线程池状态，false：未关闭，true已关闭 */ private AtomicBoolean ctl = new AtomicBoolean(); @Override public void execute() { //启动一个新线程，模拟ThreadPoolExecutor.execute new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { } }).start(); //模拟ThreadPoolExecutor，启动新建线程后，循环检查线程池状态，验证是否会在finalize中shutdown //如果线程池被提前shutdown，则抛出异常 for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) { if(ctl.get()){ throw new RuntimeException("reject!!!["+ctl.get()+"]"); } } } @Override public void shutdown() { ctl.compareAndSet(false,true); }}

执行若干时间后报错：

Exception in thread "Thread-1" java.lang.RuntimeException: reject!!![true]

从错误上来看，“线程池”同样被提前shutdown了，那么一定是由于新建线程导致的吗？

下面将新建线程修改为Thread.sleep测试一下：

//TThreadPoolExecutor.java，修改后的execute方法public void execute() { try { //显式的sleep 1 ns，主动切换线程 TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //模拟ThreadPoolExecutor，启动新建线程后，循环检查线程池状态，验证是否会在finalize中shutdown //如果线程池被提前shutdown，则抛出异常 for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) { if(ctl.get()){ throw new RuntimeException("reject!!!["+ctl.get()+"]"); } }}

执行结果一样是报错

Exception in thread "Thread-3" java.lang.RuntimeException: reject!!![true]

由此可得，如果在执行的过程中，发生一次显式的线程切换，则会让编译器/代码生成器认为外层包装对象不可达

总结

虽然GC只会回收不可达GC ROOT的对象，但是在编译器（没有明确指出，也可能是JIT）/代码生成器的优化下，可能会出现对象提前置null，或者线程切换导致的“提前对象不可达”的情况。

所以如果想在finalize方法里做些事情的话，一定在最后显示的引用一下对象（toString/hashcode都可以），保持对象的可达性（reachable）

上面关于线程切换导致的对象不可达，没有官方文献的支持，只是个人一个测试结果，如有问题欢迎指出

综上所述，这种回收机制并不是JDK的bug，而算是一个优化策略，提前回收而已；但Executors.newSingleThreadExecutor的实现里通过finalize来自动关闭线程池的做法是有Bug的，在经过优化后可能会导致线程池的提前shutdown，从而导致异常。

线程池的这个问题，在JDK的论坛里也是一个公开但未解决状态的问题：https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8145304。

不过在JDK11下，该问题已经被修复：

JUC Executors.FinalizableDelegatedExecutorServicepublic void execute(Runnable command) { try { e.execute(command); } finally { reachabilityFence(this); }}

近期热文推荐：

1.1,000+ 道 Java面试题及答案整理(2022最新版)

2.劲爆！Java 协程要来了。。。

3.Spring Boot 2.x 教程，太全了！

4.别再写满屏的爆爆爆炸类了，试试装饰器模式，这才是优雅的方式！！

5.《Java开发手册（嵩山版）》最新发布，速速下载！

觉得不错，别忘了随手点赞+转发哦！