CPU占用率突然飙升是技术人员常遇到的一个棘手问题,它是一个与具体技术无关的普遍挑战。

这个问题可以很简单,也可以相当复杂。

有时候,只是一个死循环在作祟。 有时候,是死锁导致的。 有时候,代码中有不必要的同步块。 有时候,是大量计算密集型任务在运行。 有时候,是线程数过多引起的。 有时候,是频繁的上下文切换。 有时候,是内存不足的问题。 有时候,是频繁的垃圾回收。 有时候,是内存泄漏导致的。 等等。

导致CPU占用率飙升的问题多种多样,不同系统中的不同场景,其原因可能各不相同。

cpu占用很高的3大类型,9大场景

业务类问题

死循环

死循环是指程序在特定条件下进入了一个无限循环,无法跳出,导致CPU资源被完全占用。

例如:我们有一段代码用来检查文件的更新状态,但由于逻辑错误,条件永远无法满足,结果程序进入了死循环。

死锁

死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源,导致所有线程都无法继续执行,CPU资源被消耗殆尽。

发生死锁后,就会存在忙等待或自旋锁等编程问题,从而导致 繁忙等待问题,从而导致 CPU 100%

不必要的代码块

一些冗余、不必要的代码块在运行时占用了大量的CPU资源。

例如,不需要的地方使用synchronized块。

在不需要的地方使用synchronized块,会导致线程竞争和上下文切换

并发类问题

大量计算密集型的任务

大量计算密集型任务在同一时间运行,会导致CPU资源被完全占用。

例如:在数据分析或科学计算中,多个计算密集型任务同时运行

大量并发线程

统中存在大量并发线程,线程切换频繁,导致CPU资源被大量消耗在上下文切换上

例如:Web服务器同时处理大量请求,每个请求都创建一个新线程

解决方案:使用线程池来限制并发线程数量

大量的上下文切换

当系统中存在大量线程时,CPU在不同线程间频繁切换,导致性能下降

例如:一个程序中开启了数百个线程,每个线程都在不断进行I/O操作

线程是很宝贵的资源,开启线程一定要合理的控制线程数量

内存类问题

内存不足

当系统内存不足时,就会将磁盘存储作为虚拟内存使用,而虚拟内存的运行速度要慢得多。

例如:直接一次性加载一个非常大的文件到内存中,导致内存不足

这种过度的分页和交换会导致 CPU 占用率居高不下,因为处理器需要花费更多时间来管理内存访问,而不是高效地执行进程。

解决方案:优化内存使用,采用流式处理避免一次性加载大文件

频繁GC

频繁的垃圾回收(GC)操作会占用大量CPU资源,导致性能下降。

例如:程序中频繁创建和销毁对象,导致GC频繁触发

解决方案:优化对象创建和销毁,减少临时对象的生成。

内存泄漏

内存泄漏导致可用内存逐渐减少,最终触发频繁的GC操作,占用大量CPU资源

例如:某个数据结构中不断添加对象,却从未删除,导致内存泄漏

解决方案:定期清理不再使用的对象,使用合适的数据结构

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这么多会导致CPU飙升100%的原因,那么该如何解决呢? 有没有一个标准的套路,可以帮助我快速定位呢?

答案是;当然有

CPU 飙升100%的解决思路和方法论

使用jstack 解决CPU 100%问题

使用jstack 解决 CPU****100%问题,在方法论上要用到的两个核心命令

  • top 命令查看TOP N线程,

  • jstack命令查看堆栈信息

确定Java进程ID

首先,需要找到CPU占用高的Java进程的PID(进程ID)。可以使用 top 或 ps 命令来找到该进程。

找到占用CPU高的线程ID

在 top 的输出中,按 P 键可以按CPU使用率排序,找到使用CPU最多的线程。 记下这些线程的ID(nid),这些ID是十进制的。

将线程ID转换为十六进制

jstack 输出的线程ID是十六进制的,因此需要将找到的高CPU使用率的线程ID转换为十六进制。可以使用 printf 命令:

使用 jstack 生成线程快照

使用 jstack 命令生成Java进程的线程快照:

分析线程快照

在生成的 thread_dump.txt 文件中,查找转换后的十六进制线程ID。可以使用 grep 命令:

这将显示包含该线程ID的线程栈信息。分析这些线程栈,找到可能导致CPU高占用的代码

使用阿里开源Arthas性能监控工具

Arthas 是一款强大的 Java 诊断工具,能够帮助开发人员快速定位和解决 CPU 100% 的问题

使用arthas解决CPU 100%问题,在方法论上要用到两个核心命令:

  • dashboard 命令查看TOP N线程,

  • thread 命令查看堆栈信息

安装和启动 Arthas

安装 Arthas 通过 curl 命令下载并安装 Arthas:

注意:在生产环境中,我们一般是选择其中一台机器开启Arthas监控,因为使用 Arthas 对系统性能会有一定影响

启动 Arthas

启动目标 Java 应用程序,然后在终端中运行: