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

% Z5 B4 l1 S$ L( q7 U; F$ J4 r

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

0 j# O, m* s2 D* t

[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      

1 f) j: `% f8 {% N" u

   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

% `: V- B) }( l* ?" q

"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

* \/ t: \3 O9 B: S* Y2 W* E

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。

& y: z, H4 l. p9 A4 O& W2.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。

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
- O$ I* ]. P& g
& J$ e6 l3 J) G' G  X5.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。
/ o" g& E1 v+ ^4 p3 \, k
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
& @2 ?9 E/ ]# \! \) Htop
+ g: F) x- Y  Z$ r# H' @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。

6 p: K6 ^8 c3 E8 n' w) E# n% }2. 使用ps命令查看进程对应的是哪个程序
ps
4 t9 _. I, c/ ?/ Y- ]7 W可以看出，罪魁祸首是ccbs。这里也可以使用jps命令。
3 g7 t0 L0 Y! {5 d/ w1 d/ [0 n; F
3. 使用top -p [PID] -H 观察该进程中所有线程的资源占用
执行 top -p 5739 -H
top -p -H

5 E* i" M1 F9 k6 n+ A参数        说明
-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
: k  D$ l* o. U5 u. \) {) i" [2 x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。
7 e0 M3 ^6 d$ t" W( |5 u" }, w
/ ^8 @9 D1 R8 y7 m* v4.使用jstack查看线程快照
, @8 c5 F6 r# O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
  q. R" _: U. [0 n, Vjstack
7 m4 ~3 Q, L7 x: H$ r3 x& z! w/ xjstack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。

5.解决bug
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。

/ ]/ Q6 r6 i9 [2 u  T( 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。
1 l- @0 E  n) k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：

# N: f, C$ Y% j- z: P( f. N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
* A+ `* ?$ n6 w& 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
# u- a9 a% z: y+ b% G6 K; E8 @) L确定是Full GC,接下来找到具体原因：

: H4 ]3 f+ L0 G$ s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。
+ c; z- c* k& I3 z: w1 f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；
8 g9 A3 f2 a! N  [' r% }- F( h8 R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。
: P4 ]1 N( p5 V/ O( t
2 V) r* J: g' j2 ~
6 t) T8 B* X. _5 ~( B
6 p* ]3 U% e+ o+ b3 C3.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。

- T0 l) m1 [/ O! B2 Q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。
* @  N# d/ U% N$ k& G) m$ `


* z3 g( J# ^8 Y' F6 _1 C! ?8 [4.随机出现大量线程访问接口缓慢。
. p% K0 i5 D8 A; x! `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。
3 ?- B9 N% G2 ^' E" v9 B! m
6 f* u: U5 o3 I0 H* R1 c" N* Z思路：

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。

* R/ }& E; y* B! b/ q8 H% a# K% b执行步骤1-4：
# }  T& g& j$ s  b& z2 G
复制代码
, W; ?5 e/ l, |  X0 [3 ~5 M0 i"http-nio-8080-exec-4" #31 daemon prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd08d0fa000 nid=0x6403 waiting on condition [0x00007000033db000]

   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)-》期限等待

4 R/ i5 E; z4 H: p: ~    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)

    at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
! A$ J  z% O: j  `, T, W
5 A% D" P- p/ ~7 m  V9 _+ z    at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
! {( C+ d2 {% B8 |+ _
$ j8 n- `- |8 r3 W7 o: q8 x    at com.*.user.controller.UserController.detail(UserController.java:18)-》业务代码阻塞点
4 y: _' s6 e- p9 f7 t* @1 q! y复制代码
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
$ z: X/ a: ^( b8 z4 z. P/ c
" U9 v% p: e2 t  n0 A2 A5.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；
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()。
4 X* r. G. ?# f! \/ C$ R$ G) O/ S$ Z
复制代码
% t- N$ c1 w9 R  C"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)   
- n! @$ }. O9 ?at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:304)   
. ^* v! V) O& @4 v3 X0 M2 e9 n) B8 mat com.*.SyncTask.lambda$main$0(SyncTask.java:8)-》业务代码阻塞点
( V. b, v, A# l/ _at com.*.SyncTask$$Lambda$1/1791741888.run(Unknown Source)   
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
复制代码
; |; U5 X7 T8 u5 M( Z* e

admin

问题
# t$ h) H" f# R; S4 D) V4 ^1、无限循环的while会导致CPU使用率飙升吗？
! ?) e% e8 D9 K6 K3 Y! `, x3 ^2、经常使用Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
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？
5 l3 u1 x1 X. |5 u; ~1 s  g5、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？
- t( e. O. t, P% }0 V" D
思路
9 J* e; k0 w- W$ ~6 O1 m7 G7 {1.如何计算CPU使用率？
0 z: r. O4 w+ `5 m3 JCPU％= 1 - idleTime / sysTime * 100

/ m. M+ v2 y9 e% d- GidleTime：CPU空闲的时间
' [2 e% S8 d' Y# `: A9 r9 j$ c
9 v+ f' b1 \3 K( p) w& ^sysTime：CPU处于用户模式和内核模式的时间总和

) [6 T1 N4 R+ V7 P9 I1 D2.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。

+ o* y& J" R  q那么，JAVA应用程序中的哪些操作更加CPU密集？
: ]5 A. o) i; Q
+ [7 X* g) \  }$ V+ l9 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。
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。
3、序列化和反序列化;
; [5 H" }# j" s' Y- M/ a1 _$ [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。
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。
$ m0 Z9 R( G& [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。

3 q1 [; L  g! y1 h1 Q5 h6 _) j" N3、CPU是否与进程和线程相关？
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。

! |6 R+ S  F1 d& u3 @答案
1、while的无限循环会导致CPU使用率飙升吗？
/ _* j$ p8 ]- S3 i& }是。

( h( O0 B# H4 E1 Q: f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？

, P/ n) a; ~9 f7 t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
/ I1 {: b: w2 p! L1 }3 F
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？

/ g4 V8 S, b) C0 bhttps://stackoverflow.com/questi ... ncrease-the-cpu-use
& r, d2 ~" I/ B3 J0 O' N* N
2、频繁的Young GC会导致CPU占用率飙升吗？
3 P1 v( `" o; p# ?9 C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。
+ l- w; y$ D- d7 N0 x# K
" z2 W) Z$ y7 V" u1 v2 e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？
. J/ f" s8 H: p# r/ G# `+ O' Z$ @3 K不时。

3 Z1 x  M" X/ K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。
# H2 B  P1 O7 D, d1 I  [
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。

# v1 L& }# P2 P4、对于CPU占用率高的应用程序，线程数是否较大？
6 u7 {. n7 O: B: O" X9 h! z+ s: b9 j不是。

+ \& O- R+ }3 Y* b- V% V5 c2 t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。

5、处于BLOCKED状态的线程是否会导致CPU占用率飙升？
, G0 O7 x4 L4 s+ C7 q8 y不会。

' a4 N! Q3 f1 k1 P* 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。

6、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：
" C: t" |8 x# j  Y% p# T: F" [

3 a0 z8 n6 n" \: N8 j1 Ius：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
  G! ]5 q! Z3 l, W9 ^
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。
( v; \: g8 B2 N8 b- q/ k& i7 N
# `3 w/ b- w( L) x/ v9 ~经验
- ]8 [" k; U; d2 o如何找出CPU使用率高的原因？下面简要描述分析过程。
$ b$ U. z! c$ R" U& \- m; S
* o& c/ m/ h6 d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：

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。

$ F  a0 p1 S, U% V: m' i9 Q
6 w9 Y: i: w/ F- J8 [进一步检查日志：
8 R1 h3 V' Y( u9 C% s
代码语言：javascript
0 D% o3 J, ]) }$ G& ?/ g! C复制
onsumer_ODC_L_nn_jmq919_1543834242875 - priority:10- threadid:0x00007fbf7011e000- nativeid:0x2f093- state:RUNNABLE
/ h/ F: Y, ~' a3 N5 y! z; ]- bstackTrace:
% i8 e% c5 f) u% R% }( d9 Xjava.lang.Thread.State:RUNNABLE
at java.lang.Object.hashCode(NativeMethod)
at java.util.HashMap.hash(HashMap.java:362)
+ s) _1 \! X- E8 Cat java.util.HashMap.getEntry(HashMap.java:462)
- M3 c2 L$ N) ]at java.util.HashMap.containsKey(HashMap.java:449)
/ k3 u+ r2 E& M$ @/ k; T0 o' c. S0 bat 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)
' ^$ g) R8 `2 p! qat com.project.plugin.service.message.resolver.impl.AbstractResolver.resolve(AbstractResolver.java:28)
at com.project.plugin.service.jmq.AbstractListener.onMessage(AbstractListener.java:44)
8 \6 D5 s2 x: H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