填个坑！再谈线程池动态调整那点事。

你好呀，我是歪歪。

前几天和一个大佬聊天的时候他说自己最近在做线程池的监控，刚刚把动态调整的功能开发完成。

想起我之前写过这方面的文章，就找出来看了一下：《如何设置线程池参数？美团给出了一个让面试官虎躯一震的回答。》

然后给我指出了一个问题，我仔细思考了一下，好像确实是留了一个坑。

为了更好的描述这个坑，我先给大家回顾一下线程池动态调整的几个关键点。

首先，为什么需要对线程池的参数进行动态调整呢？

因为随着业务的发展，有可能出现一个线程池开始够用，但是渐渐的被塞满的情况。

这样就会导致后续提交过来的任务被拒绝。

没有一劳永逸的配置方案，相关的参数应该是随着系统的浮动而浮动的。

所以，我们可以对线程池进行多维度的监控，比如其中的一个维度就是队列使用度的监控。

当队列使用度超过 80% 的时候就发送预警短信，提醒相应的负责人提高警惕，可以到对应的管理后台页面进行线程池参数的调整，防止出现任务被拒绝的情况。

以后有人问你线程池的各个参数怎么配置的时候，你先把分为 IO 密集型和 CPU 密集型的这个八股文答案背完之后。

加上一个：但是，除了这些方案外，我在实际解决问题的时候用的是另外一套方案”。

然后把上面的话复述一遍。

那么线程池可以修改的参数有哪些呢？

正常来说是可以调整核心线程数和最大线程数的。

线程池也直接提供了其对应的 set 方法：

但是其实还有一个关键参数也是需要调整的，那就是队列的长度。

哦，对了，说明一下，本文默认使用的队列是 LinkedBlockingQueue。

其容量是 final 修饰的，也就是说指定之后就不能修改：

所以队列的长度调整起来稍微要动点脑筋。

至于怎么绕过 final 这个限制，等下就说，先先给大家上个代码。

我一般是不会贴大段的代码的，但是这次为什么贴了呢？

因为我发现我之前的那篇文章就没有贴，之前写的代码也早就不知道去哪里了。

所以，我又苦哈哈的敲了一遍...

import cn.hutool.core.thread.NamedThreadFactory;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadChangeDemo {

    public static void main(String[] args) {
        dynamicModifyExecutor();
    }

    private static ThreadPoolExecutor buildThreadPoolExecutor() {
        return new ThreadPoolExecutor(2,
                5,
                60,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ResizeableCapacityLinkedBlockingQueue<>(10),
                new NamedThreadFactory("why技术", false));
    }

    private static void dynamicModifyExecutor() {
        ThreadPoolExecutor executor = buildThreadPoolExecutor();
        for (int i = 0; i < 15; i++) {
            executor.execute(() -> {
                threadPoolStatus(executor,"创建任务");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        threadPoolStatus(executor,"改变之前");
        executor.setCorePoolSize(10);
        executor.setMaximumPoolSize(10);
        ResizeableCapacityLinkedBlockingQueue<Runnable> queue = (ResizeableCapacityLinkedBlockingQueue)executor.getQueue();
        queue.setCapacity(100);
        threadPoolStatus(executor,"改变之后");
    }

    /**
     * 打印线程池状态
     *
     * @param executor
     * @param name
     */
    private static void threadPoolStatus(ThreadPoolExecutor executor, String name) {
        BlockingQueue<Runnable> queue = executor.getQueue();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + name + "-:" +
                "核心线程数：" + executor.getCorePoolSize() +
                " 活动线程数：" + executor.getActiveCount() +
                " 最大线程数：" + executor.getMaximumPoolSize() +
                " 线程池活跃度：" +
                divide(executor.getActiveCount(), executor.getMaximumPoolSize()) +
                " 任务完成数：" + executor.getCompletedTaskCount() +
                " 队列大小：" + (queue.size() + queue.remainingCapacity()) +
                " 当前排队线程数：" + queue.size() +
                " 队列剩余大小：" + queue.remainingCapacity() +
                " 队列使用度：" + divide(queue.size(), queue.size() + queue.remainingCapacity()));
    }

    private static String divide(int num1, int num2) {
        return String.format("%1.2f%%", Double.parseDouble(num1 + "") / Double.parseDouble(num2 + "") * 100);
    }
}

当你把这个代码粘过去之后，你会发现你没有 NamedThreadFactory 这个类。

没有关系，我用的是 hutool 工具包里面的，你要是没有，可以自定义一个，也可以在构造函数里面不传，这不是重点，问题不大。

问题大的是 ResizeableCapacityLinkedBlockingQueue 这个玩意。

它是怎么来的呢？

在之前的文章里面提到过：

就是把 LinkedBlockingQueue 粘贴一份出来，修改个名字，然后把 Capacity 参数的 final 修饰符去掉，并提供其对应的 get/set 方法。

感觉非常的简单，就能实现 capacity 参数的动态变更。

但是，我当时写的时候就感觉是有坑的。

毕竟这么简单的话，为什么官方要把它给设计为 final 呢？

坑在哪里？

关于 LinkedBlockingQueue 的工作原理就不在这里说了，都是属于必背八股文的内容。

主要说一下前面提到的场景中，如果我直接把 final 修饰符去掉，并提供其对应的 get/set 方法，这样的做法坑在哪里。

先说一下，如果没有特殊说明，本文中的源码都是 JDK 8 版本。

我们看一下这个 put 方法：

主要看这个被框起来的部分。

while 条件里面的 capacity 我们知道代表的是当前容量。

那么 count.get 是个什么玩意呢？

就是当前队列里面有多少个元素。

count.get == capacity 就是说队列已经满了，然后执行 notFull.await() 把当前的这个 put 操作挂起来。

来个简单的例子验证一下：

申请一个长度为 5 的队列，然后在循环里面调用 put 方法，当队列满了之后，程序就阻塞住了。

通过 dump 当前线程可以知道主线程确实是阻塞在了我们前面分析的地方：

所以，你想想。如果我把队列的 capacity 修改为了另外的值，这地方会感知到吗？

它感知不到啊，它在等着别人唤醒呢。

现在我们把队列换成我修改后的队列验证一下。

下面验证程序的思路就是在一个子线程中执行队列的 put 操作，直到容量满了，被阻塞。

然后主线程把容量修改为 100。

上面的程序其实我想要达到的效果是当容量扩大之后，子线程不应该继续阻塞。

但是经过前面的分析，我们知道这里并不会去唤醒子线程。

所以，输出结果是这样的：

子线程还是阻塞着，所以并没有达到预期。

所以这个时候我们应该怎么办呢？

当然是去主动唤醒一下啦。

也就是修改一下 setCapacity 的逻辑：

public void setCapacity(int capacity) {
    final int oldCapacity = this.capacity;
    this.capacity = capacity;
    final int size = count.get();
    if (capacity > size && size >= oldCapacity) {
        signalNotFull();
    }
}

核心逻辑就是发现如果容量扩大了，那么就调用一下 signalNotFull 方法：

唤醒一下被 park 起来的线程。

如果看到这里你觉得你有点懵，不知道 LinkedBlockingQueue 的这几个玩意是干啥的：

赶紧去花一小时时间补充一下 LinkedBlockingQueue 相关的知识点。这样玩意，面试也经常考的。

好了，我们说回来。

修改完我们自定义的 setCapacity 方法后，再次执行程序，就出现了我们预期的输出：

除了改 setCapacity 方法之外，我在写文章的时候不经意间还触发了另外一个答案：

在调用完 setCapacity 方法之后，再次调用 put 方法，也能得到预期的输出：

我们观察 put 方法就能发现其实道理是一样的：

当调用完 setCapacity 方法之后，再次调用 put 方法，由于不满足标号为 ① 的代码的条件，所以就不会被阻塞。

于是可以顺利走到标号为 ② 的地方唤醒被阻塞的线程。

所以也就变相的达到了改变队列长度，唤醒被阻塞的任务目的。

而究根结底，就是需要执行一次唤醒的操作。

那么那一种优雅一点呢？

那肯定是第一种把逻辑封装在 setCapacity 方法里面操作起来更加优雅。

第二种方式，大多适用于那种“你也不知道为什么，反正这样写程序就是正常了”的情况。

现在我们知道在线程池里面动态调整队列长度的坑是什么了。

那就是队列满了之后，调用 put 方法的线程就会被阻塞住，即使此时另外的线程调用了 setCapacity 方法，改变了队列长度，如果没有线程再次触发 put 操作，被阻塞的线程也不会被唤醒。

是不是？

了不了解？

对不对？

这是不对的，朋友们。

看到前面内容，频频点头的朋友，要注意了。

这地方要开始转弯了。

开始转弯

线程池里面往队列里面添加对象的时候，用的是 offer 命令，并没有用 put 命令：

我们看看 offer 命令在干啥事儿：

队列满了之后，直接返回 false，不会出现阻塞的情况。

也就是说，线程池中根本就不会出现我前面说的需要唤醒的情况，因为根本就没有阻塞中的线程。

在和大佬交流的过程中，他提到了一个 VariableLinkedBlockingQueue 的东西。

这个类位于 MQ 包里面，我前面提到的 setCapacity 方法的修改方式就是在它这里学来的：

同时，项目里面也用到了它的 put 方法：

所以，它是有可能出现我们前面分析的情况，有需要被唤醒的线程。

但是，你想想，线程池里面并没有使用 put 方法，是不是就刚好避免这样的情况？

是的，确实是。

但是，不够严谨，如果知道有问题了的话，为什么要留个坑在这里呢？

你学 MQ 的 VariableLinkedBlockingQueue 考虑的周全一点，就算 put 方法阻塞的时候也能用，它不香吗？

写到这里其实好像除了让你熟悉一下 LinkedBlockingQueue 外，似乎是一个没啥卵用的知识点，

但是，我能让这个没有卵用的知识点起到大作用。

因为这其实是一个小细节。

假设我出去面试，在面试的时候提到动态调整方法的时候，在不经意间拿捏一下这个小细节，即使我没有真的落地过动态调整，但是我提到这样的一个小细节，就显得很真实。

面试官一听：很不错，有整体，有局部，应该是假不了。

在 VariableLinkedBlockingQueue 里面还有几处细节，拿 put 方法来说：

判断条件从 count.get() >= capacity 变成了 count.get() = capacity，目的是为了支持 capacity 由大变小的场景。

这样的地方还有好几处，就不一一列举了。

魔鬼，都在细节里面。

同学们得好好的拿捏一下。

JDK bug

其实原计划写到前面，就打算收尾了，因为我本来就只是想补充一下我之前没有注意到的细节。

但是，我手贱，跑到 JDK bug 列表里面去搜索了一下 LinkedBlockingQueue，想看看还有没有什么其他的收获。

我是万万没想到，确实是有一点意外收获的。

首先是这一个 bug ，它是在 2019-12-29 被提出来的：

https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8236580

看标题的意思也是想要给 LinkedBlockingQueue 赋能，可以让它的容量进行修改。

加上他下面的场景描述，应该也想要和线程池配合，找到队列的抓手，下钻到底层逻辑，联动监控系统，拉通配置页面，打出一套动态适应的组合拳。

但是官方并没有采纳这个建议。

回复里面说写 concurrent 包的这些哥们对于在并发类里面加东西是非常谨慎的。他们觉得给 ThreadPoolExecutor 提供可动态修改的特性会带来或者已经带来众多的 bug 了。

我理解就是简单一句话：建议还是不错的，但是我不敢动。并发这块，牵一发动全身，不知道会出些什么幺蛾子。

所以要实现这个功能，还是得自己想办法。

这里也就解释了为什么用 final 去修饰了队列的容量，毕竟把功能缩减一下，出现 bug 的几率也少了很多。

第二个 bug 就有意思了，和我们动态调整线程池的需求非常匹配：

https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8241094

这是一个 2020 年 3 月份提出的 bug，描述的是说在更新线程池的核心线程数的时候，会抛出一个拒绝异常。

在 bug 描述的那部分他贴了很多代码，但是他给的代码写的很复杂，不太好理解。

好在 Martin 大佬写了一个简化版，一目了然，就好理解的多：

这段代码是干了个啥事儿呢，简单给大家汇报一下。

首先 main 方法里面有个循环，循环里面是调用了 test 方法，当 test 方法抛出异常的时候循环结束。

然后 test 方法里面是每次都搞一个新的线程池，接着往线程池里面提交队列长度加最大线程数个任务，最后关闭这个线程池。

同时还有另外一个线程把线程池的核心线程数从 1 修改为 5。

你可以打开前面提到的 bug 链接，把这段代码贴出来跑一下，非常的匪夷所思。

Martin 大佬他也认为这是一个 BUG.

说实在的，我跑了一下案例，我觉得这应该算是一个 bug，但是经过 Doug Lea 老爷子的亲自认证，他并不觉得这是一个 Bug。

主要是这个 bug 确实也有点超出我的认知，而且在链接中并没有明确的说具体原因是什么，导致我定位的时间非常的长，甚至一度想要放弃。

但是最终定位到问题之后也是长叹一口：害，就这？没啥意思。

先看一下问题的表现是怎么样的：

上面的程序运行起来后，会抛出 RejectedExecutionException，也就是线程池拒绝执行该任务。

但是我们前面分析了，for 循环的次数是线程池刚好能容纳的任务数：

按理来说不应该有问题啊？

这也就是提问的哥们纳闷的地方：

他说：我很费解啊，我提交的任务数量根本就不会超过 queueCapacity+maxThreads，为什么线程池还抛出了一个 RejectedExecutionException？而且这个问题非常的难以调试，因为在任务中添加任何形式的延迟，这个问题都不会复现。

他的言外之意就是：这个问题非常的莫名其妙，但是我可以稳定复现，只是每次复现出现问题的时机都非常的随机，我搞不定了，我觉得是一个 bug，你们帮忙看看吧。

我先不说我定位到的 Bug 的主要原因是啥吧。

先看看老爷子是怎么说的：

老爷子的观点简单来说就是四个字：

老爷子说他没有说服自己上面的这段程序应该被正常运行成功。

意思就是他觉得抛出异常也是正常的事情。但是他没有说为什么。

一天之后，他又补了一句话：

我先给大家翻译一下：

他说当线程池的 submit 方法和 setCorePoolSize 或者 prestartAllCoreThreads 同时存在，且在不同的线程中运行的时候，它们之间会有竞争的关系。

在新线程处于预启动但还没完全就绪接受队列中的任务的时候，会有一个短暂的窗口。在这个窗口中队列还是处于满的状态。

解决方案其实也很简单，比如可以在 setCorePoolSize 方法中把预启动线程的逻辑拿掉，但是如果是用 prestartAllCoreThreads 方法，那么还是会出现前面的问题。

但是，不管是什么情况吧，我还是不确定这是一个需要被修复的问题。

怎么样，老爷子的话看起来是不是很懵？

是的，这段话我最开始的时候读了 10 遍，都是懵的，但是当我理解到这个问题出现的原因之后，我还是不得不感叹一句：

还是老爷子总结到位，没有一句废话。

到底啥原因？

首先我们看一下示例代码里面操作线程池的这两个地方：

修改核心线程数的是一个线程，即 CompletableFuture 的默认线程池 ForkJoinPool 中的一个线程。

往线程池里面提交任务是另外一个线程，即主线程。

老爷子的第一句话，说的就是这回事：

racing，就是开车，就是开快车，就是与...比赛的意思。

这是一个多线程的场景，主线程和 ForkJoinPool 中的线程正在 race，即可能出现谁先谁后的问题。

接着我们看看 setCorePoolSize 方法干了啥事：

标号为 ① 的地方是计算新设置的核心线程数与原核心线程数之间的差值。

得出的差值，在标号为 ② 的地方进行使用。

也就是取差值和当前队列中正在排队的任务数中小的那一个。

比如当前的核心线程数配置就是 2，这个时候我要把它修改为 5。队列里面有 10 个任务在排队。

那么差值就是 5-2=3，即标号为 ① 处的 delta=3。

workQueue.size 就是正在排队的那 10 个任务。

也就是 Math.min(3,10)，所以标号为 ② 处的 k=3。

含义为需要新增 3 个核心线程数，去帮忙把排队的任务给处理一下。

但是，你想新增 3 个就一定是对的吗？

会不会在新增的过程中，队列中的任务已经被处理完了，有可能根本就不需要 3 个这么多了？

所以，循环终止的条件除了老老实实的循环 k 次外，还有什么？

就是队列为空的时候：

同时，你去看代码上面的那一大段注释，你就知道，其实它描述的和我是一回事。

好，我们接着看 addWorker 里面，我想要让你看到地方：

在这个方法里面经过一系列判断后，会走入到 new Worker() 的逻辑，即工作线程。

然后把这个线程加入到 workers 里面。

workers 就是一个存放工作线程的 HashSet 集合：

你看我框起来的这两局代码，从 workers.add(w) 到 t.start()。

从加入到集合到真正的启动，中间还有一些逻辑。

执行中间的逻辑的这一小段时间，就是老爷子说的 “window”。

there's a window while new threads are in the process of being prestarted but not yet taking tasks。

就是在新线程处于预启动，但尚未接受任务时，会有一个窗口。

这个窗口会发生啥事儿呢？

就是下面这句话：

the queue may remain (transiently) full。

队列有可能还是满的，但是只是暂时的。

接下来我们连起来看：

所以怎么理解上面被划线的这句话呢？

带入一个实际的场景，也就是前面的示例代码，只是调整一下参数：

这个线程池核心线程数是 1，最大线程数是 2，队列长度是 5，最多能容纳的任务数是 7。

另外有一个线程在执行把核心线程池从 1 修改为 2 的操作。

假设我们记线程池 submit 提交了 6 个任务，正在提交第 7 个任务的时间点为 T1。

为什么是要强调这个时间点呢？

因为当提交第 7 个任务的时候，就需要去启用非核心线程数了。

具体的源码在这里：

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#execute

也就是说此时队列满了， workQueue.offer(command) 返回的是 fasle。因此要走到 addWorker(command, false) 方法中去了。

代码走到 1378 行这个时间点，是 T1。

如果 1378 行的 addWorker 方法返回 false，说明添加工作线程失败，抛出拒绝异常。

前面示例程序抛出拒绝异常就是因为这里返回了 fasle。

那么问题就变成了：为什么 1378 行中的 addWorker 执行后返回了 false 呢？

因为当前不满足这个条件了 wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize)：

wc 就是当前线程池，正在工作的线程数。

把我们前面的条件带进去，就是这样的 wc >=(false?2:2)。

即 wc=2。

为什么会等于 2，不应该是 1 吗？

多的哪一个是哪里来的呢？

真相只有一个：恰好此时 setCorePoolSize 方法中的 addWorker 也执行到了 workers.add(w)，导致 wc 从 1 变成了 2。

撞车了，所以抛出拒绝异常。

那么为什么大多数情况下不会抛出异常呢？

因为从 workers.add(w) 到 t.start()这个时间窗口，非常的短暂。

大多数情况下，setCorePoolSize 方法中的 addWorker 执行了后，就会理解从队列里面拿一个任务出来执行。

而这个情况下，另外的任务通过线程池提交进来后，发现队列还有位子，就放到队列里面去了，根本不会去执行 addWorker 方法。

道理，就是这样一个道理。

这个多线程问题确实是比较难复现，我是怎么定位到的呢？

加日志。

源码里面怎么加日志呢？

我不仅搞了一个自定义队列，还把线程池的源码粘出来了一份，这样就可以加日志了：

另外，其实我这个定位方案也是很不严谨的。

调试多线程的时候，最好是不要使用 System.out.println，有坑！

场景

我们再回头看看老爷子给出的方案：

其实它给了两个。

第一个是拿掉 setCorePoolSize 方法中的 addworker 的逻辑。

第二个是说原程序中，即提问者给的程序中，使用的是 prestartAllCoreThreads 方法，这个里面必须要调用 addWorker 方法，所以还是有一定的几率出现前面的问题。

但是，老爷子不明白为什么会这样写？

我想也许他是没有想到什么合适的场景？

其实前面提到的这个 Bug，其实在动态调整的这个场景下，还是有可能会出现的。

虽然，出现的概率非常低，条件也非常苛刻。

但是，还是有几率出现的。

万一出现了，当同事都在抠脑壳的时候，你就说：这个嘛，我见过，是个 Bug。不一定每次都出现的。

这又是一个你可以拿捏的小细节。

但是，如果你在面试的时候遇到这个问题了，这属于一个傻逼问题。

毫无意义。

属于，面试官不知道在哪看到了一个感觉很厉害的观点，一定要展现出自己很厉害的样子。

但是他不知道的是，这个题：

最后说一句

好了，看到了这里了，转发、在看、点赞随便安排一个吧，要是你都安排上我也不介意。写文章很累的，需要一点正反馈。

给各位读者朋友们磕一个了：

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