CopyOnWriteArrayList引发OOM

服务突然在23号出现异常,响应时间最长达到60几秒,原因是使用了不适合频繁读写操作的CopyOnWriteArrayList数据结构,导致Apache与Jboss之间大量连接超时并引发内存溢出。

正常一年多的一个服务突然在23号出现异常,响应最快的竟然达到60几秒。apache与jboss之间大量连接超时。

看异常日志,发现竟然有一个新上的Servlet出现OOM。

review该Servlet,发现竟然用了一个CopyOnWriteArrayList来存放大量写和读和临时数据,该数据结构只适合偶尔写大量读的情况,

否则会造成不停地COPY空间,从而导致OOM

 

 

<think> 我们正在讨论使用线程处理大数据任务时可能出现的问题及解决方法。根据引用内容,我们可以总结出以下关键点: 引用[1]提到:多线程处理大数据时可能打乱数据原有顺序,同时需要保证数据添加的安全性和顺序性。解决方法包括使用多线程和锁机制。 引用[2]:大数据处理中,传统方法可能遇到性能瓶颈,并行计算(包括多线程)是提高速度的方法之一。 引用[4]:多线程读取文件时存在独占和定位问题,设计复杂且容易出错。 引用[5]:多线程及高并发处理中,负载均衡可以解决数据流量过大和网络负荷问题。 结合以上引用和线程处理大数据的一般知识,我们整理如下: ### 一、线程处理大数据任务的主要问题 1. **数据竞争与线程安全** - 多线程并发读写共享数据结构(如List、Map)时易引发竞态条件 - 示例:两个线程同时向ArrayList添加数据导致数据覆盖或结构破坏 2. **执行顺序不可控** - 线程调度由操作系统决定,导致: - 数据处理顺序与原始数据顺序不一致(引用[1]) - 输出结果乱序(如日志记录、结果写入) 3. **资源争用瓶颈** - I/O瓶颈:多线程读写同一文件时引发阻塞(引用[4]) - 内存瓶颈:大量线程同时加载数据导致OOM(OutOfMemory) - CPU瓶颈:线程数超过CPU核心数引发频繁上下文切换 4. **死锁风险** - 线程间循环等待锁资源(如线程A持有锁L1等待L2,线程B持有L2等待L1) 5. **调试复杂性** - 非确定性问题(如偶发性数据丢失)难以复现和定位 ### 二、针对性解决方案 #### 1. 保证线程安全 - **锁机制**(引用[1][5]) ```java // Java示例:使用ReentrantLock private Lock lock = new ReentrantLock(); public void safeAdd(List<String> list, String data) { lock.lock(); try { list.add(data); } finally { lock.unlock(); } } ``` - **无锁数据结构** - 使用`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`等线程安全集合 - 示例:`ConcurrentHashMap<String, Integer> counter = new ConcurrentHashMap<>();` #### 2. 维持数据顺序 - **顺序执行队列**(引用[3]) - 将数据按原始顺序分块,每块分配独立处理单元 - 使用阻塞队列(如`BlockingQueue`)按序收集结果(引用[4]) - **顺序标记法** ```python # Python示例:为每个数据项添加序号 from threading import Lock results = [] lock = Lock() def process_data(index, data): result = complex_calculation(data) with lock: results.append((index, result)) # 存储序号和结果 # 完成后按序号排序 sorted_results = sorted(results, key=lambda x: x[0]) ``` #### 3. 资源争用优化 - **I/O优化** - 采用生产者-消费者模式分离读写(引用[4]) ```java // Java示例:使用BlockingQueue解耦 BlockingQueue<Data> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1000); // 生产者线程 new Thread(() -> { while(hasMoreData()) { queue.put(readData()); // 从文件读取 } }).start(); // 消费者线程 new Thread(() -> { while(true) { process(queue.take()); // 处理数据 } }).start(); ``` - **内存控制** - 限制线程数:线程池固定大小(如`Executors.newFixedThreadPool(8)`) - 分批加载数据:每次从磁盘读取固定量数据(如分页查询) - **CPU优化** - 根据任务类型设置合理线程数: - I/O密集型:线程数 ≈ CPU核数 * (1 + 平均等待时间/平均计算时间) - CPU密集型:线程数 ≤ CPU核心数 #### 4. 避免死锁 - **锁顺序协议**:所有线程按相同顺序获取锁 - **超时机制**:尝试获取锁时设置超时(如`tryLock(100, TimeUnit.MILLISECONDS)`) - **死锁检测**:定期检查线程等待图(生产环境推荐使用Java Mission Control) #### 5. 简化调试 - **线程局部变量**:使用`ThreadLocal`避免共享状态 - **日志追踪**:为每个任务分配唯一ID并记录全链路日志 - **熔断机制**:监控线程异常率,超过阈值自动终止任务 ### 三、典型架构方案 ```mermaid graph LR A[数据源] --> B[数据分片] B --> C[线程池处理] C --> D{有序聚合?} D -->|是| E[序号标记+排序] D -->|否| F[直接输出] E --> G[结果写入] F --> G G --> H[完成] ``` > **关键原则**: > - 读分离:单线程读 → 多线程处理 → 单线程写(引用[4][5]) > - 状态最小化:避免共享可变状态 > - 资源可控:线程池需设置队列长度和拒绝策略 §§相关问题§§ 1. 如何确定线程池的最佳大小? 2. 无锁编程如何实现高效并发? 3. 分布式环境下如何扩展多线程数据处理能力? 4. 如何监控多线程程序的性能瓶颈? 5. 大数据处理中线程模型与Actor模型的优劣对比? </think>### 使用线程处理大数据任务的问题及解决方案 #### 一、核心问题 1. **数据顺序错乱** - 问题:多线程并发处理会打乱数据原始顺序(如处理结果与输入顺序不一致)[^1] - 原因:线程调度不可控,处理完成时间随机 2. **线程安全问题** - 问题:并发读写共享数据结构导致数据损坏(如List/Map并发修改异常) - 风险:脏数据、计算错误、程序崩溃[^1] 3. **资源争用瓶颈** - I/O瓶颈:多线程争抢磁盘/网络资源(如同时读取大文件导致阻塞)[^4] - 内存瓶颈:大数据加载引发OOM(OutOfMemoryError) - CPU瓶颈:线程数超过核心数引发频繁上下文切换 4. **死锁风险** - 问题:线程间循环等待资源(如线程A持有锁L1等待L2,线程B持有L2等待L1) - 后果:程序永久卡死 5. **任务管理复杂** - 问题:线程生命周期管理困难(如异常处理、任务取消) - 示例:部分线程阻塞导致整体任务停滞[^3] --- #### 二、针对性解决方案 1. **保障数据顺序性** - **序号标记法**:为每个数据项添加序号,处理完成后按序号重组 ```java // Java示例:带序号的结果收集 ConcurrentMap<Integer, Result> orderedResults = new ConcurrentHashMap<>(); executor.submit(() -> { Result r = process(data); orderedResults.put(data.getIndex(), r); // 按输入序号存储 }); ``` - **分段锁策略**:将数据分块(如每1万条一个批次),块内顺序处理 2. **解决线程安全问题** - **无锁数据结构**:使用`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList` - **细粒度锁**:替代全局锁,降低冲突概率 ```python # Python示例:分段锁 from threading import Lock segment_locks = [Lock() for _ in range(16)] # 16个锁分段 def safe_write(key, value): idx = hash(key) % 16 with segment_locks[idx]: shared_map[key] = value ``` 3. **资源争用优化** - **I/O优化**: - 生产者-消费者模式:单线程读数据 → 线程池处理 → 单线程写结果[^4] - 零拷贝技术:使用`FileChannel.transferTo`减少内存复制 - **内存控制**: - 分批加载:每次处理固定数据量(如分页查询) - 堆外内存:使用`ByteBuffer.allocateDirect`避免GC压力 - **CPU优化**: - 动态线程池:根据负载调整线程数(如Tomcat线程池模型) - 绑定CPU核心:`taskset`命令减少上下文切换 4. **死锁预防** - **锁排序协议**:所有线程按固定顺序获取锁(如按锁ID升序) - **超时机制**:设置锁等待超时(Java中`tryLock(timeout)`) - **死锁检测**:定期扫描线程等待图(如使用`jstack`) 5. **任务管理增强** - **线程池监控**:实现`RejectedExecutionHandler`处理拒绝任务 - **屏障同步**:使用`CyclicBarrier`分阶段处理 - **熔断机制**:异常率超阈值时暂停新任务(类似Hystrix)[^3] --- #### 三、架构级优化方案 ```mermaid graph LR A[数据源] --> B[数据分片] B --> C{处理类型} C -->|有状态任务| D[Key-Based 路由] C -->|无状态任务| E[轮询分配] D --> F[线程池Group1] E --> F[线程池Group2] F --> G[有序结果收集器] G --> H[输出] ``` 1. **分层处理架构** - 接入层:单线程数据分片 - 处理层:线程池并行计算 - 输出层:单线程顺序写入 2. **负载均衡策略** - 动态分配:根据线程负载分配任务(如Linux CFS调度器) - 异构优化:为SSD/HDD存储设备设置不同线程权重[^5] 3. **容错机制** - 检查点:定期保存状态(如Flink Checkpointing) - 重试队列:失败任务进入延迟重试队列[^3] --- > **关键原则**: > - 读分离:单线程读 → 多线程处理 → 单线程写[^4] > - 状态外置:共享数据存入Redis/等外部存储 > - 资源隔离:CPU密集型与I/O密集型线程分离[^5]
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