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
3 j8 ?7 K# Y6 Y  }+ O
2 l' w! f! g/ G, p1 ~6 G& ]& v* N2 ?

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

  \$ W; y* g" E4 A4 D% H

[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

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。
  |! _% b/ O4 _( D9 v9 k
, L+ B" n$ j1 k: x3 j" T, h2.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。
8 T* x) U1 d/ ]: j# V
3.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
  Y; b8 ~! G) ?9 c
; B% N$ r& [4 g8 ^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。
. f5 \+ R) V, r& Y1 l# B# m
; Q8 E% B2 l2 F1 W$ I( M1 X6.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
top
. U/ f; C" L. [, {" x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。
8 i' A! q% C$ s; B
- }: Y  e8 w* z5 [2. 使用ps命令查看进程对应的是哪个程序
ps
* M$ C6 {4 V9 p0 m可以看出，罪魁祸首是ccbs。这里也可以使用jps命令。
6 c4 Z8 S8 a; n! s
3. 使用top -p [PID] -H 观察该进程中所有线程的资源占用
4 @1 K, v! b& J执行 top -p 5739 -H
top -p -H
: h, n4 y: S" c: p3 x7 p0 \, k
3 E( a* A6 A0 ^( c5 x" H$ ~参数        说明
-p        需要监控的进程id
* l6 q( o6 `7 [7 x-H        显示每个线程的情况，否则就是进程的总状态
+ ^. j1 `5 q/ L  A5 V0 Y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。

4.使用jstack查看线程快照
, i# K! K6 [4 E- I9 G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。
" c) Z" o" i( `执行jstack 5739 | grep -A 100 nid=0x1802
6 R# P0 n8 }5 F# M  ajstack
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。
  K6 W* q9 E% ^; X" ?6 f) p4 N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$ U- }% i. }* q5.解决bug
/ V. i' Z1 ]8 D0 R$ J8 ocode
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。
' b+ d0 `3 ~# z/ g5 Y, ^
6 t& c% X: Z3 x6 I1 k9 B$ |4 M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。
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
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
) V( Q. s5 j% B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
6 o  r5 Q, b6 r' N确定是Full GC,接下来找到具体原因：

$ `6 W% P4 j" O' i0 \# |- V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。
! s( t1 J  [# F. W- V! v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。
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。
" B# ]2 V( e% E* S+ \9 T


3.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。
( {3 P# O9 f* t8 i1 O- N' p
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。


# z0 {% [) ^+ r3 x
0 R0 M# G6 }% }% w" c3 }# H- V% C4.随机出现大量线程访问接口缓慢。
; Y- {; d0 o* v" r; k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。
9 d$ Q# W  O6 h& I! P, T
5 X7 ^' J* d! I5 R! j思路：
( d( w0 u5 g9 Z" x6 G! F9 C8 i1 R1 c
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。
/ o9 A8 O% ]" N8 v, Z# n
执行步骤1-4：
9 U: t. |) s7 N0 {: h
复制代码
"http-nio-8080-exec-4" #31 daemon prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd08d0fa000 nid=0x6403 waiting on condition [0x00007000033db000]

1 r8 o. T6 M4 W, v  ]+ E   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)-》期限等待
% _2 E- N6 b( i* K. ]* A
' |2 K8 J! p; z3 _% K6 B    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)

* S- [8 k: d0 z: f, h3 D/ x7 a$ y    at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
9 M0 _8 }: l. o7 O& @8 ]2 F4 O
9 K- ]5 Z7 {0 o  ?    at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
+ A6 v5 Z1 _# [) E' J' d
    at com.*.user.controller.UserController.detail(UserController.java:18)-》业务代码阻塞点
复制代码
2 \: M& Y' G+ ]( v4 n0 j" c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

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；
, d0 x2 o9 p7 t( 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()。

& L8 h! }: G1 G2 P复制代码
, P9 k  a& t+ S, D& h+ ]  q"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$1/1791741888.run(Unknown Source)   
  z8 x/ e9 v$ q! Y0 eat java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
5 o: [7 I# m% f: Y0 V- O8 f1 M- p9 w% G. z复制代码
) l9 \* Z, h/ j9 H

admin

问题
1、无限循环的while会导致CPU使用率飙升吗？
/ |; F3 E1 h5 n$ {* D1 f2、经常使用Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
3 L. z- R1 e2 |3 |: ~3、具有大量线程的应用程序的CPU使用率是否较高？
4、CPU使用率高的应用程序的线程数是多少？
6 S3 w, m+ z% x# y6 p& j5、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？
5 y& C4 i) x: m0 v1 ?" J/ |7 m
) {- @3 N( W! |3 j( h思路
1.如何计算CPU使用率？
CPU％= 1 - idleTime / sysTime * 100

6 s! e8 K/ z3 b& q& S5 h. ridleTime：CPU空闲的时间

' i" J# L5 w; F9 U- OsysTime：CPU处于用户模式和内核模式的时间总和

; r7 U/ T+ ^/ Q2.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。
8 |% I5 `. O8 x8 u' H' X$ a
那么，JAVA应用程序中的哪些操作更加CPU密集？

以下列出了常见的CPU密集型操作：

1 A/ O8 t* j& t5 [2 n1、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。
/ X1 \- O0 N. Z. Y1 v2、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。
) G' x  a! Z  K9 r' a$ l9 T3、序列化和反序列化;
: ]! Z! w0 O" c4、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。
5、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。
6、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。
! O7 c: ]$ O# Z# D. |9 J1 }
3、CPU是否与进程和线程相关？
6 z: P9 s: M8 a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。
! ~. I+ ~: J0 g4 C5 h  b
* o2 ^& ]5 N3 ^+ y* p答案
1、while的无限循环会导致CPU使用率飙升吗？
. \, j, l/ `: y8 @6 i+ s是。
' }; `0 O! }5 z& W7 u8 t# [% m
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？

: B" h7 M  P3 H; d. z1 s! B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
% ~5 x( _! ?& X/ ~; J
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？
5 c! T# Z' p, R) c
% c, P) N) C4 t* q; N: _https://stackoverflow.com/questi ... ncrease-the-cpu-use

1 |1 T: u5 d* \0 \, X+ W2、频繁的Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
是。

Young 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。

1 [: ]& l. X* Z; V/ ]7 a2 e1 N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。
4 _$ M2 x% Q' s: Z9 h3 e# Q; \
$ \( V! a: u, D) I9 p3、具有大量线程的应用程序的CPU使用率是否较高？
/ n' F* {3 V( e! u不时。

, V1 b" r; Y1 ?% j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。
& g0 F$ j+ d& t& u! w7 I# y& p
  Y& g! U0 `( N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。
. B/ r& m" e; a2 U* O
4、对于CPU占用率高的应用程序，线程数是否较大？
不是。

% n: x0 b) t! _1 `( Q% ~* G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。
9 M" A7 b0 h9 I  B5 m  P1 j& F1 e
5、处于BLOCKED状态的线程是否会导致CPU占用率飙升？
, u: H) k0 A& u$ X# C! c不会。

( {' B0 s3 y0 {CPU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。
2 L# t  h& |% B$ {6 r1 s
4 V, ^* T5 X' m! Q: z6、如果分时操作系统中CPU的值 us或 sy值很高，这意味着什么？
$ w7 o  J4 W! g  N2 i: P您可以使用命令查找CPU的值 us和 sy值 top，如以下示例所示：
6 G# _( z- v8 p7 Z+ f& e

) H; h# a7 @; n; dus：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

# B/ J6 O. k! M3 i# S7 E+ \# msy：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。

. A) K  O! E8 J! |经验
/ q6 K9 z! s- E8 j% m: G如何找出CPU使用率高的原因？下面简要描述分析过程。

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）。

以下是一个真实案例：

( |: y1 l! D& L; s' z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。

, u! Z6 i) J7 B5 _( q
/ y+ B5 k1 T  U' Y* J" c; `) |' X进一步检查日志：

; Q5 L/ {% ?& }1 P: \3 |# j% f0 T代码语言：javascript
% L" g8 r8 Z) t复制
% L/ L! V: p9 }2 s3 m! g2 u' A4 ?4 u8 [onsumer_ODC_L_nn_jmq919_1543834242875 - priority:10- threadid:0x00007fbf7011e000- nativeid:0x2f093- state:RUNNABLE
stackTrace:
# E0 `% D, ?2 ?' O- Ujava.lang.Thread.State:RUNNABLE
# p$ z' Z1 p: d, ]at java.lang.Object.hashCode(NativeMethod)
  h9 B0 s5 |& I$ ]at java.util.HashMap.hash(HashMap.java:362)
at java.util.HashMap.getEntry(HashMap.java:462)
: v& ^' U1 A0 B9 s: \& xat java.util.HashMap.containsKey(HashMap.java:449)
8 X2 h) C# Z  tat com.project.order.odc.util.XmlSerializableTool.deSerializeXML(XMLSerializableTool.java:100)
at com.project.plugin.service.message.resolver.impl.OrderFinishMessageResolver.parseMessage(OrderFinishMessageResolver.java:55)
at com.project.plugin.service.message.resolver.impl.OrderFinishMessageResolver.parseMessage(OrderFinishMessageResolver.java:21)
at com.project.plugin.service.message.resolver.impl.AbstractResolver.resolve(AbstractResolver.java:28)
at com.project.plugin.service.jmq.AbstractListener.onMessage(AbstractListener.java:44)
2 D3 P% R5 a1 g& }  q6 V% k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