JVM 源码分析之一个 Java 进程究竟能创建多少线程

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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。

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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。

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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：

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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，

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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。

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。

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

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而create_thread其实是调用的系统调用clone

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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

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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 mallo c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。