java应用导致cpu占用过高问题分析及解决办法

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java应用导致cpu占用过高问题分析及解决办法
4 g' K3 S9 [; h
7 ~( n1 ~5 }1 x# c2 r5 z

主要介绍了java应用cpu占用过高问题分析及解决方法，具有一定参考价值，需要的朋友可以参考下。 使用jstack分析java程序cpu占用率过高的问题

1，使用jps查找出java进程的pid，如 55001

[devops@ops_prod_flink_01 neo4j]$ jps

60226 Jps

55001 CommunityEntryPoint

[devops@ops_prod_flink_01 ~]$ top -p 55001 -H

2、使用 top -p 55001 -H 观察该进程中所有线程的CPU占用

top - 10:05:07 up 537 days, 16:08,  2 users,  load average: 0.10, 2.92, 9.17

Threads:  67 total,   0 running,  67 sleeping,   0 stopped,   0 zombie

%Cpu(s):  1.2 us,  0.8 sy,  0.0 ni, 98.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

KiB Mem : 24636208 total, 10156628 free,  2782836 used, 11696744 buff/cache

KiB Swap:  2097148 total,  2053116 free,    44032 used. 20841700 avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                      

55033 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  1.0  2.8   0:03.13 java                                                                                                         

55034 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.7  2.8   0:03.90 java                                                                                                         

55035 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.3  2.8   0:03.36 java                                                                                                         

55036 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.3  2.8   0:02.46 java                                                                                                         

55098 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.3  2.8   0:00.58 java                                                                                                         

57048 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.3  2.8   0:00.14 java                                                                                                         

55001 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55006 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:03.62 java                                                                                                         

55007 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.08 java                                                                                                         

55008 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.08 java                                                                                                         

55009 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.08 java                                                                                                         

55010 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.07 java                                                                                                         

55011 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.07 java                                                                                                         

55012 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.09 java                                                                                                         

55013 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.09 java                                                                                                         

55014 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.07 java                                                                                                         

55015 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.18 java                                                                                                         

55016 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55017 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55018 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55019 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55020 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55021 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java                                                                                                         

55022 devops    20   0 6395992 692476  22340 S  0.0  2.8   0:00.00 java      

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND        

3，找出CPU消耗较多的线程id，如55033，将55033转换为16进制0xd6f4，注意是小写哦

4，使用jstack 55001|grep -A 10 0xd6f4来查询出具体的线程状态

[devops@ops_prod_flink_01 neo4j]$ jstack 55001 |grep -A 10 0xd6f4

"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007fae7c1fb000 nid=0xd6f4 runnable

"Gang worker#0 (Parallel GC Threads)" os_prio=0 tid=0x00007fae7c024800 nid=0xd6df runnable

"Gang worker#1 (Parallel GC Threads)" os_prio=0 tid=0x00007fae7c026800 nid=0xd6e0 runnable

"Gang worker#2 (Parallel GC Threads)" os_prio=0 tid=0x00007fae7c028000 nid=0xd6e1 runnable

"Gang worker#3 (Parallel GC Threads)" os_prio=0 tid=0x00007fae7c02a000 nid=0xd6e2 runnable

"Gang worker#4 (Parallel GC Threads)" os_prio=0 tid=0x00007fae7c02c000 nid=0xd6e3 runnable

通过这些线程状态便可基本定位问题之所在。

方法1

1.jps 获取Java进程的PID。

2.jstack pid >> java.txt 导出CPU占用高进程的线程栈。

3.top -H -p PID 查看对应进程的哪个线程占用CPU过高。

4.echo “obase=16; PID” | bc 将线程的PID转换为16进制,大写转换为小写。

5.在第二步导出的Java.txt中查找转换成为16进制的线程PID。找到对应的线程栈。

6.分析负载高的线程栈都是什么业务操作。优化程序并处理问题。

方法2

1.使用top 定位到占用CPU高的进程PID top 通过ps aux | grep PID命令

2.获取线程信息，并找到占用CPU高的线程 ps -mp pid -o THREAD,tid,time | sort -rn

3.将需要的线程ID转换为16进制格式 printf “%x\n” tid

4.打印线程的堆栈信息 jstack pid |grep tid -A 30

8 z7 C0 D. G# A4 w- n! V

1 k' m" f7 S+ b: q' J/ b

admin

1.执行“top”命令：查看所有进程占系统CPU的排序。极大可能排第一个的就是咱们的java进程（COMMAND列）。PID那一列就是进程号。
% f6 X" K5 [$ y! s3 r5 ]! t3 f5 L; U
1 F0 d0 x( H/ C4 v  |% v0 y2.执行“top -Hp 进程号”命令：查看java进程下的所有线程占CPU的情况。

: N, c" }+ e! L3.执行“printf "%x\n 10"命令 ：后续查看线程堆栈信息展示的都是十六进制，为了找到咱们的线程堆栈信息，咱们需要把线程号转成16进制。例如,printf "%x\n 10-》打印：a，那么在jstack中线程号就是0xa.

4.执行 “jstack 进程号 | grep 线程ID”  查找某进程下-》线程ID（jstack堆栈信息中的nid）=0xa的线程状态。如果“"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007f871806e000 nid=0xa runnable”，第一个双引号圈起来的就是线程名，如果是“VM Thread”这就是虚拟机GC回收线程了
3 D) Z8 |1 I' b. v+ Q
5.执行“jstat -gcutil 进程号 统计间隔毫秒 统计次数（缺省代表一致统计）”，查看某进程GC持续变化情况，如果发现返回中FGC很大且一直增大-》确认Full GC! 也可以使用“jmap -heap 进程ID”查看一下进程的堆内从是不是要溢出了，特别是老年代内从使用情况一般是达到阈值(具体看垃圾回收器和启动时配置的阈值)就会进程Full GC。
# H! b) f4 p& e: b2 S- c0 \
6.执行“jmap -dump:format=b,file=filename 进程ID”，导出某进程下内存heap输出到文件中。可以通过eclipse的mat工具查看内存中有哪些对象比较多,飞机票：Eclipse Memory Analyzer（MAT），内存泄漏插件，安装使用一条龙；

admin

1. 使用top查看系统的资源占用情况
) G" ~0 p9 G& c# t* @! M- wtop
0 s6 l( @% ~6 X! X7 B. S0 i2 @连到生产服务器，执行top命令，发现双核的CPU几乎全被一个PID为5739的进程给用掉了，99.2%的用户空间（也可以叫用户态）消耗，极有可能是出现了死循环。
Java应用造成us高的主要原因是线程一直处于可运行（Runnable）状态，通常这些线程在执行无阻塞操作、循环、正则或纯粹的计算等任务，另一个可能造成us高的原因是频繁GC。
) w' d1 a" E1 V' ~  H# J7 E
& B% Q; t1 I3 g; q, p2. 使用ps命令查看进程对应的是哪个程序
ps
可以看出，罪魁祸首是ccbs。这里也可以使用jps命令。

" N7 Y+ T5 i3 s+ Z# I8 }3. 使用top -p [PID] -H 观察该进程中所有线程的资源占用
1 `( Q- w7 k! O% U+ v+ \执行 top -p 5739 -H
top -p -H

参数        说明
, e2 R( t5 M- O% }2 ?) \9 o-p        需要监控的进程id
-H        显示每个线程的情况，否则就是进程的总状态
发现若干线程实时CPU占用率（%CPU）较高，并且处理机使用时间（TIME+）非常长，6146线程实际占有处理机852分钟40.44秒，那么如何知道这个线程正在干嘛呢？我猜测Java这么成熟的平台，肯定有可以解决问题的工具，毕竟这样的问题很多人都会遇到。
, ?& |1 _0 R% j
* X& l' h9 s  r5 s: ^4.使用jstack查看线程快照
通过在搜索引擎中查找，我得知通过jstack可以生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
执行jstack 5739 | grep -A 100 nid=0x1802
, ]7 d, f4 k0 xjstack
jstack后面的参数是PID的值，nid的含义是操作系统映射的线程id，可以通过nid的值过滤上面占用CPU较高的6146线程，线程id需要转成十六进制，并且字母要小写。
通过观察输出，可以看到线程长期处于可运行状态，直接根据堆栈信息找到对应的代码。
, J& |& S' q2 h
6 c% g- g9 x5 W* B5 X5.解决bug
4 k  {, C: `# C7 Z6 D  [code
这部分代码并不是我写的，很明显这种写法非常不好，一旦serviceAddressType的值不在那三种范围内，就会产生死循环，我重写了这里的逻辑，问题解决。
3 I3 f$ U; h& [0 k: D
总结
任何数据都可能出错，程序逻辑应该充分考虑出现问题的可能。
: i1 K7 s7 ^3 [0 N. s我们遇到的问题，很可能别人也遇到过，要擅于使用搜索引擎。

admin

1.内存消耗过大，导致Full GC次数过多
8 s8 @" o: f. L% L执行步骤1-5：

多个线程的CPU都超过了100%，通过jstack命令可以看到这些线程主要是垃圾回收线程-》上一节步骤2
- n* O' b/ `2 I% g- _: J: [通过jstat命令监控GC情况，可以看到Full GC次数非常多，并且次数在不断增加。--》上一节步骤5
确定是Full GC,接下来找到具体原因：

/ @+ \& A; J6 A8 Z. z生成大量的对象，导致内存溢出-》执行步骤6，查看具体内存对象占用情况。
' l! R; i% |' J. \) l' \* h内存占用不高，但是Full GC次数还是比较多，此时可能是代码中手动调用 System.gc()导致GC次数过多，这可以通过添加 -XX:+DisableExplicitGC来禁用JVM对显示GC的响应。
& m& {2 U, t0 }' D/ V' E& P8 p9 }2.代码中有大量消耗CPU的操作，导致CPU过高，系统运行缓慢；
执行步骤1-4：在步骤4jstack，可直接定位到代码行。例如某些复杂算法，甚至算法BUG，无限循环递归等等。
( q: K9 K3 D6 _/ @8 H


- S& [% v6 J7 n) s  r4 k6 s3.由于锁使用不当，导致死锁。
执行步骤1-4： 如果有死锁，会直接提示。关键字：deadlock.步骤四，会打印出业务死锁的位置。

, }, n+ t) ?5 f% @4 O! |( C造成死锁的原因：最典型的就是2个线程互相等待对方持有的锁。
; @0 c  }4 X3 o' T, ^


4.随机出现大量线程访问接口缓慢。
; c# m4 C4 I, t. N代码某个位置有阻塞性的操作，导致该功能调用整体比较耗时，但出现是比较随机的；平时消耗的CPU不多，而且占用的内存也不高。
) a' z$ _+ V* E1 l0 H
思路：
+ L- j$ m3 r! l/ _' ~5 U& m, l
4 s0 N9 {7 R) d4 E! X. D首先找到该接口，通过压测工具不断加大访问力度，大量线程将阻塞于该阻塞点。

执行步骤1-4：
, F; G6 ?* W: h
复制代码
9 v( u7 U" x1 @& F% T"http-nio-8080-exec-4" #31 daemon prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd08d0fa000 nid=0x6403 waiting on condition [0x00007000033db000]
. `! h3 C7 ]$ _
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)-》期限等待
) T8 M- C2 n2 `4 i. v/ X+ w# G
' S6 Z& D" g$ M! s$ H* {) `    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)

0 ^6 ~) q# w" n% o    at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
. |9 f$ t% j4 r8 h& w: C0 L
    at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)

    at com.*.user.controller.UserController.detail(UserController.java:18)-》业务代码阻塞点
, D* o3 s& |- d- ^+ o复制代码
+ @* K( z+ k$ X% s; t如上图，找到业务代码阻塞点，这里业务代码使用了TimeUnit.sleep()方法，使线程进入了TIMED_WAITING(期限等待)状态。关于线程状态，不理解的飞机票：Thread类源码剖析
) v: _5 U0 f& U3 m# M
5.某个线程由于某种原因而进入WAITING状态，此时该功能整体不可用，但是无法复现；
" d  I0 A( Q" o6 a* q0 A! R/ K执行步骤1-4：jstack多查询几次，每次间隔30秒，对比一直停留在parking 导致的WAITING状态的线程。例如CountDownLatch倒计时器，使得相关线程等待->AQS(AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析)->LockSupport.park()。

0 z/ l: Z% O0 |$ z  I1 ^" _: P' @8 s) v复制代码
"Thread-0" #11 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9de08c7000 nid=0x5603 waiting on condition [0x0000700001f89000]   
java.lang.Thread.State: WAITING (parking) ->无期限等待
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)   
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:304)   
at com.*.SyncTask.lambda$main$0(SyncTask.java:8)-》业务代码阻塞点
at com.*.SyncTask$$Lambda$1/1791741888.run(Unknown Source)   
$ M( m% q& Y$ I+ Y+ Hat java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
复制代码
" D1 e: m* ]; @* e$ \" |& o+ [

admin

问题
0 Z$ t' m" n. p& F! s1、无限循环的while会导致CPU使用率飙升吗？
( j" v; x  N6 F, B5 I6 P2、经常使用Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
/ E1 W: }3 y' A2 m% F- Y3、具有大量线程的应用程序的CPU使用率是否较高？
7 v; c- P" e9 y0 p* G$ [4、CPU使用率高的应用程序的线程数是多少？
; \# W( T) _* V% R  \5、处于BLOCKED状态的线程会导致CPU使用率飙升吗？
6、分时操作系统中的CPU是消耗 us还是 sy？

; ]# E; L. @2 U) n/ ~& `. F5 j' N思路
1.如何计算CPU使用率？
/ g. y% Z$ T) L: ~: uCPU％= 1 - idleTime / sysTime * 100

idleTime：CPU空闲的时间

; K# i  b& r2 gsysTime：CPU处于用户模式和内核模式的时间总和
  ]$ M6 D! a& s  i2 p
" M* q* b+ F- l8 q# z; [2.与CPU使用率有关的是什么？
人们常说，计算密集型程序的CPU密集程度更高。

那么，JAVA应用程序中的哪些操作更加CPU密集？

8 b8 d1 t1 m' r. m# ~+ d* }以下列出了常见的CPU密集型操作：

1、频繁的GC; 如果访问量很高，可能会导致频繁的GC甚至FGC。当调用量很大时，内存分配将如此之快以至于GC线程将连续执行，这将导致CPU飙升。
! C7 \9 G7 @6 `2、序列化和反序列化。稍后将给出一个示例：当程序执行xml解析时，调用量会增加，从而导致CPU变满。
, O$ s) f# i2 r3、序列化和反序列化;
4、正则表达式。我遇到了正则表达式使CPU充满的情况; 原因可能是Java正则表达式使用的引擎实现是NFA自动机，它将在字符匹配期间执行回溯。
' ^$ d+ K7 J/ ^& T2 |" l5、线程上下文切换; 有许多已启动的线程，这些线程的状态在Blocked（锁定等待，IO等待等）和Running之间发生变化。当锁争用激烈时，这种情况很容易发生。
# p5 E* j0 Y) o- A; i$ y" J# H6、有些线程正在执行非阻塞操作，例如 while(true)语句。如果在程序中计算需要很长时间，则可以使线程休眠。

& S* _- a; A3 V5 L6 W3、CPU是否与进程和线程相关？
1 A4 x6 I. c" ~9 n* W现在，分时操作系统使用循环方式为进程调度分配时间片。如果进程正在等待或阻塞，那么它将不会使用CPU资源。线程称为轻量级进程，并共享进程资源。因此，线程调度在CPU中也是分时的。但在Java中，我们使用JVM进行线程调度。因此，通常，线程调度有两种模式：时间共享调度和抢占式调度。
+ k/ j! _0 u% A- L6 A- c
& H3 G9 R, @2 n; D答案
1、while的无限循环会导致CPU使用率飙升吗？
  M4 q; R1 ?) [是。
/ Y" D( k1 C% o2 f7 A; i: v
9 I* O* [) ?5 h* S5 b" I/ t% j7 r0 P首先，无限循环将调用CPU寄存器进行计数，此操作将占用CPU资源。那么，如果线程始终处于无限循环状态，CPU是否会切换线程？
2 `: j# v# c$ |& f. `6 J0 p$ Y
除非操作系统时间片到期，否则无限循环不会放弃占用的CPU资源，并且无限循环将继续向系统请求时间片，直到系统没有空闲时间来执行任何其他操作。整编：微信公众号，搜云库技术团队，ID：souyunku
1 k" [% n* @& [0 \  X8 t
stackoverflow中也提出了这个问题：为什么无意的无限循环增加了CPU的使用？

https://stackoverflow.com/questi ... ncrease-the-cpu-use
3 W  J' z. \3 ]
2、频繁的Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
是。

6 L2 n8 P0 I$ x8 WYoung GC本身就是JVM用于垃圾收集的操作，它需要计算内存和调用寄存器。因此，频繁的Young GC必须占用CPU资源。

让我们来看一个现实世界的案例。for循环从数据库中查询数据集合，然后再次封装新的数据集合。如果内存不足以存储，JVM将回收不再使用的数据。因此，如果所需的存储空间很大，您可能会收到CPU使用率警报。

3、具有大量线程的应用程序的CPU使用率是否较高？
; I$ l% z6 n6 M7 K7 u不时。
) C4 L/ j) c5 q9 c
( b) {  v8 N( P1 s如果通过jstack检查系统线程状态时线程总数很大，但处于Runnable和Running状态的线程数不多，则CPU使用率不一定很高。

我遇到过这样一种情况：系统线程的数量是1000+，其中超过900个线程处于BLOCKED和WAITING状态。该线程占用很少的CPU。

3 q. L! ?0 M- ?3 F! }但是大多数情况下，如果线程数很大，那么常见的原因是大量线程处于BLOCKED和WAITING状态。

4、对于CPU占用率高的应用程序，线程数是否较大？
不是。

高CPU使用率的关键因素是计算密集型操作。如果一个线程中有大量计算，则CPU使用率也可能很高。这也是数据脚本任务需要在大规模集群上运行的原因。
% ~# S8 @' W) k5 x# y; D
- y$ W) R- L" Z+ P! K5、处于BLOCKED状态的线程是否会导致CPU占用率飙升？
6 m! ~- F5 u* ]; D! ^# D: m不会。
; ^- W: B6 T- V* \
; v7 n6 i$ B2 T& P7 bCPU使用率的飙升更多是由于上下文切换或过多的可运行状态线程。处于阻塞状态的线程不一定会导致CPU使用率上升。

+ J) k# H' ~7 K" [; K6、如果分时操作系统中CPU的值 us或 sy值很高，这意味着什么？
您可以使用命令查找CPU的值 us和 sy值 top，如以下示例所示：

' z6 z; a% ]  G. e) `
us：用户空间占用CPU的百分比。简单来说，高我们是由程序引起的。通过分析线程堆栈很容易找到有问题的线程。整编：微信公众号，搜云库技术团队，ID：souyunku

sy：内核空间占用CPU的百分比。当sy为高时，如果它是由程序引起的，那么它基本上是由于线程上下文切换。

; w8 L$ C% J6 Q' [* P, a. q经验
如何找出CPU使用率高的原因？下面简要描述分析过程。

  E/ g, t8 R$ W; s/ i% O! p如果发现应用程序服务器的CPU使用率很高，请首先检查线程数，JVM，系统负载等参数，然后使用这些参数来证明问题的原因。其次，使用jstack打印堆栈信息并使用工具分析线程使用情况（建议使用fastThread，一个在线线程分析工具）。
$ c! D: _' |# g3 s- r  @+ i0 G
以下是一个真实案例：
6 C: q! _7 @9 k' x
5 P$ `+ r/ q: I9 Z/ f  U一天晚上，我突然收到一条消息，说CPU使用率达到了100％。然后我用jstack导出了线程栈信息。

3 g$ T1 a5 c  D3 |2 W
/ t6 ^# Q2 [1 }' A: S" Y. G8 y1 Q6 s进一步检查日志：

8 J( J6 p2 _$ G  Y& q7 c/ Q$ P) Y' P( l代码语言：javascript
复制
5 I% K3 ]+ ^" ~) Uonsumer_ODC_L_nn_jmq919_1543834242875 - priority:10- threadid:0x00007fbf7011e000- nativeid:0x2f093- state:RUNNABLE
stackTrace:
java.lang.Thread.State:RUNNABLE
at java.lang.Object.hashCode(NativeMethod)
at java.util.HashMap.hash(HashMap.java:362)
8 [0 M  _. @) x1 A9 j; _  {( g% V$ n& tat java.util.HashMap.getEntry(HashMap.java:462)
at java.util.HashMap.containsKey(HashMap.java:449)
6 H" r1 q3 t; \7 l5 B9 uat com.project.order.odc.util.XmlSerializableTool.deSerializeXML(XMLSerializableTool.java:100)
6 Z1 h3 m2 y2 B0 V- aat com.project.plugin.service.message.resolver.impl.OrderFinishMessageResolver.parseMessage(OrderFinishMessageResolver.java:55)
/ b! ?9 }: `+ r5 r7 K$ M$ T2 kat com.project.plugin.service.message.resolver.impl.OrderFinishMessageResolver.parseMessage(OrderFinishMessageResolver.java:21)
2 @: r# C1 p/ T  Eat com.project.plugin.service.message.resolver.impl.AbstractResolver.resolve(AbstractResolver.java:28)
# k- G3 ?, K$ v& B( _+ l% zat com.project.plugin.service.jmq.AbstractListener.onMessage(AbstractListener.java:44)
/ r& [; }) i; v! _0 v8 `  Z现在通过这个日志找到了问题：用于反序列化MQ消息实体的方法导致CPU使用率飙升