尼恩说在前面
在40岁老架构师 尼恩的读者交流群(50+)中，最近有小伙伴拿到了一线互联网企业如得物、阿里、滴滴、极兔、有赞、希音、百度、网易、美团的面试资格，遇到很多很重要的线上问题的场景题：
1.CPU100%，你是怎么处理的？
2.CPU被打满了，你是怎么处理的？
最近有小伙伴在面试字节，又遇到了红包架构问题。小伙伴支支吾吾的说了几句，面试挂了。
所以，尼恩给大家做一下系统化、体系化的梳理，使得大家内力猛增，可以充分展示一下大家雄厚的 “技术肌肉”，让面试官爱到 “不能自已、口水直流”，然后实现”offer直提”。
当然，这道面试题，以及参考答案，也会收入咱们的 《尼恩Java面试宝典PDF》V171版本，供后面的小伙伴参考，提升大家的 3高 架构、设计、开发水平。
最新《尼恩 架构笔记》《尼恩高并发三部曲》《尼恩Java面试宝典》的PDF，请关注本公众号【技术自由圈】获取，回复：领电子书
1.cpu占用很高的3大类型，9大场景:
CPU 飙升是一个常见的问题。
在生产环境中，会出现由代码问题导致CPU占用很高，该如何诊断出是哪行java代码导致? 是大家的一项重要基本功，也是大家面试中的家常骗饭。
如果连CPU 飙升的问题都回答不清楚， 都支支吾吾， 面试就很难通过了
下面，尼恩用20多年的技术内功洪荒之力，给大家梳理一下 cpu占用很高的三大类型问题，9大问题场景。
第1大类型导致CPU100%的问题： 业务类问题
1.1 死循环
while(true)条件
导致 CPU 占用率高的最简单但最具破坏性的编程错误之一就是死循环。
当程序中的循环缺乏正确的退出条件或条件从未满足时，就会出现这种情况，
死循环无休止地运行，消耗过多的处理器时间，导致CPU100%
1.2 死锁
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。
即进程在不释放 CPU 的情况下反复检查条件是否满足，会导致 CPU 占用率居高不下。
这种低效率的资源使用会妨碍 CPU 执行其他任务。
1.3 不必要的代码块
在不需要的地方使用synchronized块，会导致线程竞争和上下文切换
解决方案:尽量减少同步块的使用范围
第2大类型导致CPU100%的问题：并发类问题
1.4 大量计算密集型的任务
比如复杂的数学计算，图像处理，视频编码
计算密集型的任务需要大量的计算能力。在没有足够系统资源的情况下运行这些应用程序，可能会导致 CPU 占用率达到 100%，因为它们试图执行高要求的任务。
解决方案:优化算法，使用更高效的库，或者利用并行计算来分摊
1.5 大量并发线程
多个线程同时运行会导致对 CPU 资源的竞争，尤其是当其中许多线程都是资源密集型进程时。
这会导致所有线程获得的 CPU 时间减少，当每个线程都试图完成自己的任务时，CPU 时间可能会被耗尽。
1.6 大量的上下文切换
创建过多的线程，导致频繁的上下文切换
解决方案:使用线程池来管理线程的数量
第3大类型导致CPU100%的问题：内存类问题
1.7 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。
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。
1.8 频繁GC
创建大量的短生命周期的对象，频繁触发GC
解决方案: 优化代码， 减少对象的创建 ，或者调整JVM的参数来优化
1.9 内存泄漏
程序持续分配内存但不释放，会导致频繁的GC
解决方案:使用内存分析工具VisualVM进行检测和修复
2.CPU100%定位的两大神器:
想要定位到具体是哪一行的代码导致， 一般都会使用下面的两大神器
- 通常使用的jvm自带的工具jstack，
- 还有一种就是开源神器arthas，
一般而言，arthas还有其它的功能，所以选择它多一点.
在后面的讲解中，
会首先讲解jstack， 使用jstack来解决实际遇到的问题，
然后在使用第二大神器 arthas来解决相同的问题，
大家可以在这两个工具使用过程中选择自己比较顺手的， 这里推荐 arthas， 关于arthas的细致学习，请参考尼恩的《arthas 学习圣经》 PDF。
此面试题的配套视频，请参见《尼恩Java面试宝典核心面试题》第二季。
3 CPU 飙升100%的解决思路与方法论
4 使用jstack 解决CPU 100%问题实操
使用jstack 解决CPU 100%问题，在方法论上要用到两个命令，
- top 命令查看TOP N线程，
- jstack命令查看堆栈信息
此面试题的配套视频，请参见《尼恩Java面试宝典核心面试题》第二季。
4.1.jstack命令讲解
命令jstack是java堆栈的跟踪工具，可以打印出程序中所有线程的堆栈信息，包括线程状态，调用栈信息，锁信息等。
jstack可以诊断线程死锁、内存泄漏等问题
命令格式: jstack [options] pid
常用例子: jstack -l pid，查看线程的堆栈信息
堆栈信息解读:
yupengdembp:TestYupeng yupeng$ jstack -l 43953
2024-06-08 10:14:45
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.191-b12 mixed mode):
"Attach Listener" #10 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb54485a000 nid=0x3503 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Service Thread" #9 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb5430b4000 nid=0x3203 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C1 CompilerThread2" #8 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb54407e800 nid=0x3103 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C2 CompilerThread1" #7 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb54400f800 nid=0x4203 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C2 CompilerThread0" #6 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb54285a000 nid=0x4403 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Monitor Ctrl-Break" #5 daemon prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fb5430ab000 nid=0x4503 runnable [0x0000700002427000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116)
at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171)
at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141)
at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)
at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)
at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)
- locked <0x000000079570b9e0> (a java.io.InputStreamReader)
at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)
at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161)
at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:324)
- locked <0x000000079570b9e0> (a java.io.InputStreamReader)
at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:389)
at com.intellij.rt.execution.application.AppMainV2$1.run(AppMainV2.java:47)
Locked ownable synchronizers:
- None
"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007fb544026000 nid=0x4603 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=31 tid=0x00007fb544817000 nid=0x5103 in Object.wait() [0x0000700002098000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x0000000795588ed0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:144)
- locked <0x0000000795588ed0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:165)
at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:216)
Locked ownable synchronizers:
- None
"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=31 tid=0x00007fb54303f800 nid=0x2c03 in Object.wait() [0x0000700001f95000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x0000000795586bf8> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
- locked <0x0000000795586bf8> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)
Locked ownable synchronizers:
- None
"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fb54280e000 nid=0xe03 waiting on condition [0x0000700001983000]
java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at com.jvm.JVMtest.main(JVMtest.java:6)
Locked ownable synchronizers:
- None
"VM Thread" os_prio=31 tid=0x00007fb544816800 nid=0x5303 runnable
"GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=31 tid=0x00007fb544009800 nid=0x2507 runnable
"GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=31 tid=0x00007fb54300f800 nid=0x2403 runnable
"GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=31 tid=0x00007fb543010000 nid=0x2303 runnable
"GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=31 tid=0x00007fb543010800 nid=0x2a03 runnable
"VM Periodic Task Thread" os_prio=31 tid=0x00007fb5430b4800 nid=0x3f03 waiting on condition
JNI global references: 15
你会发现上面的信息其实是一段一段的，摘取其中的一段为大家说明:
"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fb54280e000 nid=0xe03 waiting on condition [0x0000700001983000]
java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at com.jvm.JVMtest.main(JVMtest.java:6)
main:线程名称
#1:当前线程ID，从main开始，jvm会根据线程创建的顺序为其线程编号
prio:优先级的顺序，一般默认是5
os_prio:线程对应系统的优先级
tid:java内的线程id
nid:操作系统级别的线程id，是一个十六进制
关于线程的信息:
NEW:线程新建，还没开始运行
RUNNABLE:正在java虚拟机中运行的线程
BLOCKED :被阻塞，正在等待监视器锁的线程
WAITING :无限期等待另一个线程执行特定操作的线程
TIMED_WAITING:等待另一个线程执行操作达到指定等待时间的线程
TERMINATED:已经退出的线程
我们这里关注的最多的就是nid
4.2.使用jstack解决CPU占用很高的问题并定位具体行数
先来看一段代码:
package com.jvm;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class JVMCPU {
private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
private static Object lock = new Object();
public static class yupengTask implements Runnable{
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
long sum = 0L;
while(true){
sum +=1;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
yupengTask yupengTask = new yupengTask();
service.execute(yupengTask);
}
}
将这段代码上传到linux服务器，并且使用nohup java JVMCPU &运行
使用top命令可以看到cpu被打满了
知道了进程的PID，如何找到进程下是哪个线程呢?可以使用命令top -Hp 26964，如下所示
从上面的图可以看到，cpu占用最多的线程是26976这个线程id，接下来就是使用jstack命令来查看程序的所有堆栈信息，但是，这里需要有一个注意的点，26876这个是一个十进制
的，使用jstack看到的nid是十六进制，所以我们需要转换，可以使用printf "%x\n"这个命令
接下来使用jstack -l 26964打印堆栈信息
2024-06-08 12:17:36
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.281-b09 mixed mode):
"Attach Listener" #10 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f006c001000 nid=0xc7f waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"DestroyJavaVM" #9 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f00a0009800 nid=0x6955 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"pool-1-thread-1" #8 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f00a00f0000 nid=0x6960 runnable [0x00007f008b0ef000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at JVMCPU$yupengTask.run(JVMCPU.java:14)
- locked <0x00000000f59dfcf0> (a java.lang.Object)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Locked ownable synchronizers:
- <0x00000000f59e0ed0> (a java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker)
"Service Thread" #7 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f00a00d4800 nid=0x695e runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C1 CompilerThread1" #6 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f00a00b9800 nid=0x695d waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C2 CompilerThread0" #5 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f00a00b6800 nid=0x695c waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f00a00b5000 nid=0x695b runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=0 tid=0x00007f00a0082000 nid=0x695a in Object.wait() [0x00007f008b6f5000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000000f5988ee0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:144)
- locked <0x00000000f5988ee0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:165)
at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:216)
Locked ownable synchronizers:
- None
"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=0 tid=0x00007f00a007d800 nid=0x6959 in Object.wait() [0x00007f008b7f6000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000000f5986c00> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
- locked <0x00000000f5986c00> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)
Locked ownable synchronizers:
- None
"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007f00a0074000 nid=0x6958 runnable
"GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007f00a001e800 nid=0x6956 runnable
"GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007f00a0020800 nid=0x6957 runnable
"VM Periodic Task Thread" os_prio=0 tid=0x00007f00a00d7800 nid=0x695f waiting on condition
JNI global references: 5
从上面的信息中，可以看到转换的结果和nid是一致的，
从下面的信息中就可以看到问题其实是出现在JVMCPU.java的14行左右，这里给出的是14行，但是实际情况是14行的附近
"pool-1-thread-1" #8 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f00a00f0000 nid=0x6960 runnable [0x00007f008b0ef000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at JVMCPU$yupengTask.run(JVMCPU.java:14)
- locked <0x00000000f59dfcf0> (a java.lang.Object)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
结合代码来看一下就很容易问题
此面试题的配套视频，请参见《尼恩Java面试宝典核心面试题》第二季。
5.使用arthas解决CPU占用很高的问题并定位具体行数
使用arthas解决CPU 100%问题，在方法论上要用到两个命令，
- dashboard 命令查看TOP N线程，
- thread 命令查看堆栈信息
先来运行arthas
输入1显示如下
输入dashboard命令可以看到是哪个线程占用cpu最高
接下来输入thread -n 3，表示最忙的前3个线程并打印信息
从上面的图中可以看到arthas和jstack展示的信息差不多，都定位到了JVMCPU.java的14行程序
6.死锁导致CPU占用很高的问题分析
先来看一段代码:
public class DeadlockDemo {
// 创建两个锁对象
private static final Object lock1 = new Object();
private static final Object lock2 = new Object();
public static void main(String[] args) {
// 线程1尝试获取lock1，然后获取lock2
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (lock1) {
System.out.println("Thread 1: Holding lock 1...");
try { Thread.sleep(100); }
catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 1: Waiting for lock 2...");
synchronized (lock2) {
System.out.println("Thread 1: Holding lock 1 & 2...");
}
}
});
// 线程2尝试获取lock2，然后获取lock1
Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (lock2) {
System.out.println("Thread 2: Holding lock 2...");
try { Thread.sleep(100); }
catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 2: Waiting for lock 1...");
synchronized (lock1) {
System.out.println("Thread 2: Holding lock 2 & 1...");
}
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}
}
将上面的代码上传到服务器，使用nohuo java DeadlockDemo &运行起来
接下来使用arthas进行分析
这里选择arthas，不选择jstack是因为arthas更加的方便，它的功能也比jstack丰富
输入thread就可以输出线程的统计信息，其中BLOCKED代表当前阻塞的线程数
接下来，输入thread -b就可以看到线程具体的情况，在下面的图中已经准确的说明了代码在哪一行
此面试题的配套视频，请参见《尼恩Java面试宝典核心面试题》第二季。
7.小提示
工具的选择建议使用arthas，它还有很多的功能在实际中很有用
大家在面试的时候如果遇到cpu被打满该如何排查这样的问题，不要上来就是使用arthas来定位问题，我们的第一反应永远都是回滚版本，
因为在实际中代码的问题需要分析，不会像举例子这么简单，代码经过分析改动再上线，会浪费很多时间，而有的业务是绝对不允许这么操作的，比如电商，金融的业务，
所以在回答面试官的问题时候一定要先说回滚，在说解决办法.
说在最后：有问题找老架构取经
CPU100%，如何处理？
面试的时候如果大家能对答如流，如数家珍，基本上 面试官会被你 震惊到、吸引到。
最终，让面试官爱到 “不能自已、口水直流”。offer， 也就来了。
在面试之前，建议大家系统化的刷一波 5000页《尼恩Java面试宝典》V174，在刷题过程中，如果有啥问题，大家可以来 找 40岁老架构师尼恩交流。
另外，如果没有面试机会，可以找尼恩来帮扶、领路。
- 大龄男的最佳出路是 架构+ 管理
- 大龄女的最佳出路是 DPM，
女程序员如何成为DPM，请参见：
DPM （双栖）陪跑，助力小白一步登天，升格 产品经理+研发经理
领跑模式，尼恩已经指导了大量的就业困难的小伙伴上岸。
前段时间，领跑一个40岁+就业困难小伙伴拿到了一个年薪100W的offer，小伙伴实现了 逆天改命。
另外，尼恩也给一线企业提供 《DDD 的架构落地》企业内部培训，目前给不少企业做过内部的咨询和培训，效果非常好。
尼恩技术圣经系列PDF
- 《NIO圣经：一次穿透NIO、Selector、Epoll底层原理》
- 《Docker圣经：大白话说Docker底层原理，6W字实现Docker自由》
- 《K8S学习圣经：大白话说K8S底层原理，14W字实现K8S自由》
- 《SpringCloud Alibaba 学习圣经，10万字实现SpringCloud 自由》
- 《大数据HBase学习圣经：一本书实现HBase学习自由》
- 《大数据Flink学习圣经：一本书实现大数据Flink自由》
- 《响应式圣经：10W字，实现Spring响应式编程自由》
- 《Go学习圣经：Go语言实现高并发CRUD业务开发》
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