一次 HashSet 所引起的并发问题

背景

上午刚到公司，准备开始一天的摸鱼之旅时突然收到了一封监控中心的邮件。

心中暗道不好，因为监控系统从来不会告诉我应用完美无 bug，其实系统挺猥琐。

打开邮件一看，果然告知我有一个应用的线程池队列达到阈值触发了报警。

由于这个应用出问题非常影响用户体验；于是立马让运维保留现场 dump 线程和内存同时重启应用，还好重启之后恢复正常。于是开始着手排查问题。

分析

首先了解下这个应用大概是做什么的。

简单来说就是从 MQ 中取出数据然后丢到后面的业务线程池中做具体的业务处理。

而报警的队列正好就是这个线程池的队列。

跟踪代码发现构建线程池的方式如下：

代码语言：javascript复制

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(coreSize, maxSize,
              0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
              new LinkedBlockingQueue<Runnable>());;
             put(poolName,executor);

采用的是默认的 LinkedBlockingQueue 并没有指定大小（这也是个坑），于是这个队列的默认大小为 Integer.MAX_VALUE。

由于应用已经重启，只能从仅存的线程快照和内存快照进行分析。

内存分析

先利用 MAT 分析了内存，的到了如下报告。

其中有两个比较大的对象，一个就是之前线程池存放任务的 LinkedBlockingQueue，还有一个则是 HashSet。

当然其中队列占用了大量的内存，所以优先查看， HashSet 一会儿再看。

由于队列的大小给的够大，所以结合目前的情况来看应当是线程池里的任务处理较慢，导致队列的任务越堆越多，至少这是目前可以得出的结论。

线程分析

再来看看线程的分析，这里利用 fastthread.io 这个网站进行线程分析。

因为从表现来看线程池里的任务迟迟没有执行完毕，所以主要看看它们在干嘛。

正好他们都处于 RUNNABLE 状态，同时堆栈如下：

发现正好就是在处理上文提到的 HashSet，看这个堆栈是在查询 key 是否存在。通过查看 312 行的业务代码确实也是如此。

这里的线程名字也是个坑，让我找了好久。

定位

分析了内存和线程的堆栈之后其实已经大概猜出一些问题了。

这里其实有一个前提忘记讲到：

这个告警是 凌晨三点发出的邮件，但并没有电话提醒之类的，所以大家都不知道。

到了早上上班时才发现并立即 dump 了上面的证据。

所有有一个很重要的事实：这几个业务线程在查询 HashSet 的时候运行了 6 7 个小时都没有返回。

通过之前的监控曲线图也可以看出：

操作系统在之前一直处于高负载中，直到我们早上看到报警重启之后才降低。

同时发现这个应用生产上运行的是 JDK1.7 ，所以我初步认为应该是在查询 key 的时候进入了 HashMap 的环形链表导致 CPU 高负载同时也进入了死循环。

为了验证这个问题再次 review 了代码。

整理之后的伪代码如下：

代码语言：javascript复制

//线程池
private ExecutorService executor;

private Set<String> set = new hashSet();

private void execute(){

    while(true){
        //从 MQ 中获取数据
        String key = subMQ();
        executor.excute(new Worker(key)) ;
    }
}

public class Worker extends Thread{
    private String key ;

    public Worker(String key){
        this.key = key;
    }

    @Override
    private void run(){
        if(!set.contains(key)){

            //数据库查询
            if(queryDB(key)){
                set.add(key);
                return;
            }
        }

        //达到某种条件时清空 set
        if(flag){
            set = null ;
        }
    }   
}

大致的流程如下：