Java进程CPU高负载排查

news2024/11/23 23:50:56

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CPU飙升可能原因

  1. CPU 上下文切换过多。
    1. 对于 CPU 来说,同一时刻下每个 CPU 核心只能运行-个线程,如果有多个线程要执行,CPU 只能通过上下文切换的方式来执行不同的线程。
    2. 上下文切换需要做两个事情:保存运行线程的执行状态;让处于等待中的线程执行
    3. 这两个过程需要 CPU 执行内核相关指令实现状态保存,如果较多的上下文切换会占据大量 CPU 资源,从而使得 cpu 无法去执行用户进程中的指令,导致响应速度下降。
  2. 在 Java 中,文件1O、网络 1O、锁等待、线程阻塞等操作都会造成线程阻塞从而触发上下文切换
  3. CPU 资源过度消耗,也就是在程序中创建了大量的线程,或者有线程一直占用CPU 资源无法被释放,比如死循环!
  4. CPU 利用率过高之后,导致应用中的线程无法获得 CPU 的调度,从而影响程序的执行效率!

使用命令查找

采用top命令定位进程

登录服务器,执行top命令,查看CPU占用情况,找到进程的pid
image.png

很容易发现,PID为29706的java进程的CPU飙升到700%多,且一直降不下来,很显然出现了问题。

使用top -Hp命令定位线程

使用 top -Hp 命令(为Java进程的id号)查看该Java进程内所有线程的资源占用情况

top -Hp 29706

很容易发现,多个线程的CPU占用达到了90%多。我们挑选线程号为30309的线程继续分析。
image.png

使用jstack命令定位代码

线程号转换为16进制

printf “%x\n” 命令(tid指线程的id号)将以上10进制的线程号转换为16进制:

printf "%x\n"  30309

转换后的结果分别为7665,由于导出的线程快照中线程的nid是16进制的,而16进制以0x开头,所以对应的16进制的线程号nid为0x7665
image.png

采用jstack命令导出线程快照

通过使用dk自带命令jstack获取该java进程的线程快照并输入到文件中: jstack -l > ./jstack_result.txt 命令(为Java进程的id号)来获取线程快照结果并输入到指定文件。

jstack -l 29706 > ./jstack_result.txt

根据线程号定位具体代码

在jstack_result.txt 文件中根据线程好nid搜索对应的线程描述

cat jstack_result.txt |grep -A 100  7665

image.png
根据搜索结果,判断应该是ImageConverter.run()方法中的代码出现问题
也可以直接采用jstack |grep -A 200 来定位具体代码

jstack 29706 |grep -A 200 7665
"System Clock" #28 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007efc19e8e800 nid=0xae24 waiting on condition [0x00007efbe0d91000]

java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)

at java.lang.Thread.sleep(Native Method)

at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)

at java.util.concurrentC.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)

at com.*.order.Controller.OrderController.detail(OrderController.java:37) //业务代码阻塞点

使用工具查找

使用arthas

下载arthas

curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar

1
启动arthas

java -jar arthas-boot.jar

选择3,进行监听我们的应用程序。

模拟CPU高的场景

    @GetMapping("/cpu")
    public void cpu() {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 1000, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100));
        threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
            public void run() {
                while (true) {
                    log.info(System.currentTimeMillis() + "");
                }
            }
        });
    }

dashboard
image.png

thread -n {number}

按照CPU使用率排序,并展示前n个线程
image.png

thread [pid]

展示指定线程的线程栈
image.png
模拟查看方法调用耗时

@RestController
@Slf4j
public class TestController {


    @RequestMapping("/trace")
    public String trace(int number) throws InterruptedException {
        number++;
        fun1(number);
        return "Hello World!";
    }

    private void fun1(int number) throws InterruptedException {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
        number++;
        fun2(number);
    }

    private void fun2(int number) throws InterruptedException {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
        number++;
        fun3(number);
    }

    private void fun3(int number) throws InterruptedException {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
    }
}

trace

trace com.charles.web.TestController trace,监听TestController的trace方法。
image.png
访问wget http://localhost:7077/trace?number=1,可以看出trace和fun1方法的耗时。
trace命令只会匹配当前的方法,以及下一级方法。
trace -E com.charles.web.TestController trace|fun1|fun2|fun3
image.png
可以看出fun2方法耗时比较长。

watch

watch com.charles.web.TestController fun2 “{params,returnObj}” -x 2 -b,watch方法可以观察到入参,此时入参是3。
image.png

其它情况

从gc角度出发,是否存在大量gc,首先确定当前内存消耗情况,使用top命令或者查看设备监控管理系统,确定内存利用率达97%:

总结

CPU飙升问题定位的一般步骤是:
1.首先通过top指令查看当前占用CPU较高的进程PID;
2.查看当前进程消耗资源的线程PID: top -Hp PID
3.通过print命令将线程PID转为16进制,根据该16进制值去打印的堆栈日志内查询,查看该线程所驻留的方法位置。
4.通过jstack命令,查看栈信息,定位到线程对应的具体代码。
5.分析代码解决问题。

image.png
image.png

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