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JVM源码分析之一个Java进程究竟能创建多少线程

2016-12-06 12:38 寒泉子

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

alloc_pid的定义如下

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:XmxXssMaxPermSizeMaxDirectMemorySizeReservedCodeCacheSize

  • Kernel:max_user_processesmax_map_countmax_threadspid_max

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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