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记一次 .NET 某新能源系统线程疯涨分析

2022-07-07 11:23:00 【一线码农】

一：背景

1. 讲故事

前段时间收到一个朋友的求助，说他的程序线程数疯涨，寻求如何解决。

等我分析完之后，我觉得这个问题很有代表性，所以拿出来和大家分享下，还是上老工具 WinDbg。

二： WinDbg 分析

1. 线程真的在疯涨吗

要想查线程有没有疯涨，可以用 !t 命令看一下。


0:000:x86> !t
ThreadCount:      382
UnstartedThread:  1
BackgroundThread: 376
PendingThread:    0
DeadThread:       2
Hosted Runtime:   no
                                                                         Lock  
       ID OSID ThreadOBJ    State GC Mode     GC Alloc Context  Domain   Count Apt Exception
   0    1  59c 00e52fb0     26020 Preemptive  12D67610:00000000 00e4b408 0     STA 
   2    2 2b30 00e61aa0     2b220 Preemptive  00000000:00000000 00e4b408 0     MTA (Finalizer) 
   3    3 18cc 00ea72b8   202b220 Preemptive  00000000:00000000 00e4b408 0     MTA 
   5    4 1f18 00f02998   1020220 Preemptive  00000000:00000000 00e4b408 0     Ukn (Threadpool Worker) 
XXXX    6    0 00f056f8     39820 Preemptive  00000000:00000000 00e4b408 0     MTA 
   6    7 2154 09052448   202b020 Preemptive  12E353E0:00000000 00e4b408 0     MTA 
   ...
 377  373 2ee8 21a90958   1029220 Preemptive  12D1FCCC:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 378  374 227c 21b1d510   1029220 Preemptive  12DCBFC8:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 379  375  7e8 21b1baa8   1029220 Preemptive  12D39ADC:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 380  376 1d1c 21a8fec8   1029220 Preemptive  12D11F40:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 381  366 19ec 215c1bd0   1029220 Preemptive  12DB42D8:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 382  377 1dc8 21b1bff0   1029220 Preemptive  12C71F9C:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 383  378  f94 215bc750   1029220 Preemptive  12E10568:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 384  379 17d4 21ac5580   1029220 Preemptive  12D8EE98:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 385  381 2c1c 21b1b018   1029220 Preemptive  12D0DD00:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 386  380 309c 21b1da58   1029220 Preemptive  12E25028:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker) 
 387  382 3048 21ac6aa0   1029220 Preemptive  12DFA918:00000000 00e4b408 0     MTA (Threadpool Worker)

从卦中看，主线程是一个 STA，说明是一个窗体程序，一个窗体能做到 387 个线程，也是挺牛的，同时也能观察到大多都是 ThreadPool Worker ，也就是线程池工作线程。

2. 这些线程都在干嘛

这里有一个小技巧，那就是线程号越大，往往都是最新创建的，往往从这里面就能套出来一些有用的东西，言外之意就扒一扒 380 ~ 387 这些线程的调用栈。


0:387:x86> ~387s
ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc:
773f29dc c20c00          ret     0Ch
0:387:x86> k
CvRegToMachine(x86) conversion failure for 0x14f
X86MachineInfo::SetVal: unknown register 0 requested
 # ChildEBP RetAddr      
00 31fef104 755a1539     ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc
01 31fef104 74b3ee3b     KERNELBASE!WaitForSingleObjectEx+0x99
02 31fef168 74b3efed     clr!CLRSemaphore::Wait+0xbe
03 31fef19c 74b3eee2     clr!ThreadpoolMgr::UnfairSemaphore::Wait+0x13a
04 31fef204 74a54c27     clr!ThreadpoolMgr::WorkerThreadStart+0x328
05 31feff24 7649fa29     clr!Thread::intermediateThreadProc+0x58
06 31feff34 773e7a7e     kernel32!BaseThreadInitThunk+0x19
07 31feff90 773e7a4e     ntdll_77380000!__RtlUserThreadStart+0x2f
0:387:x86> ~386s
ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc:
773f29dc c20c00          ret     0Ch
0:386:x86> k
CvRegToMachine(x86) conversion failure for 0x14f
X86MachineInfo::SetVal: unknown register 0 requested
 # ChildEBP RetAddr      
00 31d6ede4 755a1539     ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc
01 31d6ede4 74b3ee3b     KERNELBASE!WaitForSingleObjectEx+0x99
02 31d6ee48 74b3efed     clr!CLRSemaphore::Wait+0xbe
03 31d6ee7c 74b3eee2     clr!ThreadpoolMgr::UnfairSemaphore::Wait+0x13a
04 31d6eee4 74a54c27     clr!ThreadpoolMgr::WorkerThreadStart+0x328
05 31d6fb84 7649fa29     clr!Thread::intermediateThreadProc+0x58
06 31d6fb94 773e7a7e     kernel32!BaseThreadInitThunk+0x19
07 31d6fbf0 773e7a4e     ntdll_77380000!__RtlUserThreadStart+0x2f
0:386:x86> ~385s
ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc:
773f29dc c20c00          ret     0Ch
0:385:x86> k
CvRegToMachine(x86) conversion failure for 0x14f
X86MachineInfo::SetVal: unknown register 0 requested
 # ChildEBP RetAddr      
00 31eaee64 755a1539     ntdll_77380000!NtWaitForSingleObject+0xc
01 31eaee64 74b3ee3b     KERNELBASE!WaitForSingleObjectEx+0x99
02 31eaeec8 74b3efed     clr!CLRSemaphore::Wait+0xbe
03 31eaeefc 74b3eee2     clr!ThreadpoolMgr::UnfairSemaphore::Wait+0x13a
04 31eaef64 74a54c27     clr!ThreadpoolMgr::WorkerThreadStart+0x328
05 31eafb7c 7649fa29     clr!Thread::intermediateThreadProc+0x58
06 31eafb8c 773e7a7e     kernel32!BaseThreadInitThunk+0x19
07 31eafbe8 773e7a4e     ntdll_77380000!__RtlUserThreadStart+0x2f

从线程栈上看，这些线程都在 UnfairSemaphore 处等待，这是一个正常现象，因为这些线程都是通过 UnfairSemaphore 锁来唤醒,不过奇怪的是，这些线程为什么产生，又为什么不被消亡？

根据经验预测：肯定有代码在不断的调度 线程池 线程，然后又做了一个短命的操作，导致线程池线程不断新增，又得不到线程可以被消亡的阈值。

3. 程序真的在频繁调度线程吗

既然猜测是程序在频繁的调用线程池线程，能做的只能是观察此时 dump 中的所有线程的线程栈，看能不能挖到点有价值的东西，可以使用 ~*e !clrstack 命令。

经过仔细观察这近400个线程栈，发现有 37 处都是 System.Threading.Thread.Sleep(Int32), 而且大多都是 HslCommunication.Core.Net.NetworkBase.ThreadPoolCheckTimeOut(System.Object) 函数，能清楚的看到是由线程池发起的，接下来就是用 ILSpy 反编译下这个函数看下到底是怎么回事。


        protected void ThreadPoolCheckTimeOut(object obj)
        {
            HslTimeOut hslTimeOut;
            if ((hslTimeOut = obj as HslTimeOut) == null)
            {
                return;
            }
            while (!hslTimeOut.IsSuccessful)
            {
                Thread.Sleep(100);
                if ((DateTime.Now - hslTimeOut.StartTime).TotalMilliseconds > (double)hslTimeOut.DelayTime)
                {
                    if (!hslTimeOut.IsSuccessful)
                    {
                        LogNet?.WriteWarn(ToString(), "Wait Time Out : " + hslTimeOut.DelayTime);
                        hslTimeOut.Operator?.Invoke();
                        hslTimeOut.WorkSocket?.Close();
                    }
                    break;
                }
            }
        }

接下来通过 ILSpy 查看这个方法的引用，发现有很多处，抽几个如下：


        protected OperateResult<TNetMessage> ReceiveMessage<TNetMessage>(Socket socket, int timeOut, TNetMessage netMsg) where TNetMessage : INetMessage
        {
            ...
            if (timeOut > 0)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadPoolCheckTimeOut, hslTimeOut);
            }
            ...
        }

        protected OperateResult<Socket> CreateSocketAndConnect(IPEndPoint endPoint, int timeOut)
        {
            ...
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadPoolCheckTimeOut, hslTimeOut);
            ...
        }

        protected void CreateSocketAndConnect(IPEndPoint endPoint, int timeOut, Action<OperateResult<Socket>> connectCallback)
        {
            ...
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadPoolCheckTimeOut, hslTimeOut);
            ...
        }

从上面代码看，确实存在一些商榷的地方，很多的 socket 操作都用线程池来处理 ThreadPoolCheckTimeOut() 函数，而在这个函数内当 hslTimeOut.IsSuccessful =false 的时候，在 if ((DateTime.Now - hslTimeOut.StartTime).TotalMilliseconds > (double)hslTimeOut.DelayTime) 不满足的时间区间内会一直 sleep，这就导致当 socket 请求量上去后，导致很多线程处于 sleep 状态, 线程池又不得不生成更多的线程来处理 ThreadPoolCheckTimeOut() 逻辑。

到这里终于就找到了符合 线程池线程 疯涨的底层逻辑，接下来看看 HslCommunication.dll 为何物，去找一下它的类库声明。


[assembly: CompilationRelaxations(8)]
[assembly: RuntimeCompatibility(WrapNonExceptionThrows = true)]
[assembly: Debuggable(DebuggableAttribute.DebuggingModes.IgnoreSymbolStoreSequencePoints)]
[assembly: AssemblyTitle("HslCommunication")]
[assembly: AssemblyDescription("一个框架库，包含完善的网络通信及日志组件")]
[assembly: AssemblyConfiguration("")]
[assembly: AssemblyCompany("")]
[assembly: AssemblyProduct("HslCommunication")]
[assembly: AssemblyCopyright("Copyright  By Richard.Hu 2018")]
[assembly: AssemblyTrademark("")]
[assembly: ComVisible(false)]
[assembly: Guid("d3710b78-1b32-4d53-9604-0451a795a2f5")]
[assembly: AssemblyFileVersion("5.3.2.0")]
[assembly: AssemblyVersion("5.3.2.0")]

可以看到，这是一个商业组件。