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关于java:是什么让-Java-应用程序的-CPU-使用率飙升

jiezi

如果命运是一条孤单的河流，谁会是你的灵魂摆渡人？—— 克莱儿·麦克福尔《摆渡人》

一. 问题

  • while 的有限循环是否会导致 CPU 使用率飙升？
  • 频繁的 Young GC 是否会导致 CPU 使用率飙升？
  • 有大量线程的应用程序的 CPU 使用率高吗？
  • CPU 使用率高的应用程序的线程数是否很大？
  • 处于 BLOCKED 状态的线程是否会导致 CPU 使用率飙升？
  • 分时操作系统中的 CPU 是耗费 us(用户态) 还是 sy(内核态)?

二. 思考

1. 咱们如何计算 CPU 使用率？

CPU% = (1 - idleTime / sysTime) * 100

  • idleTime：CPU 的闲暇工夫
  • sysTime：CPU 处于用户态和内核态的工夫总和

2. 常见的 CPU 密集型操作有哪些？

人们常说，计算密集型程序就是 CPU 密集型的，那么，Java 应用程序中有哪些操作是计算密集型的呢？

上面列出常见 CPU 密集型操作：

  • 频繁的 GC；如果访问量很大，可能会导致频繁的 GC 甚至 Full GC。当调用量大时，内存调配会十分快，以至于 GC 线程会一直执行，导致 CPU 飙升。
  • 序列化和反序列化
  • 加密和解码
  • 正则表达式。起因可能是 Java 正则表达式应用的引擎实现是 NFA 自动机，它会在字符匹配时进行回溯。
  • 线程上下文切换。有很多启动的线程，这些线程的状态在 Blocked（锁期待、IO 期待等）和 Running 之间一直变动，当锁争用强烈时，这种状况很容易产生。
  • 一些线程正在执行非阻塞操作，例如 while (true) 语句。如果程序中计算工夫较长，能够休眠线程。

3. CPU 与 过程和线程无关吗？

当初，分时操作系统采纳轮询的形式为过程调度调配工夫片。如果过程正在期待或阻塞，则它不会应用 CPU 资源。线程称为轻过程，共享过程资源，因而线程调度在 CPU 中也是分时的。然而在 Java 中，咱们应用 JVM 进行线程调度，所以一般来说，线程的调度有两种模式：分时调度和抢占式调度。线程和过程在阻塞或者期待时，都不会应用 CPU 资源。

三. 答案

1. while 的有限循环是否导致 CPU 使用率飙升？

答复：是的

剖析：首先，有限循环会调用 CPU 寄存器进行计数，这个操作会占用 CPU 资源。那么，如果线程始终处于死循环状态，CPU 会不会切换线程呢？除非操作系统工夫片到期，否则有限循环不会放弃占用的 CPU 资源，并且有限循环会持续向零碎申请工夫片，直到零碎没有闲暇工夫做其余事件。

2. 频繁的 Young GC 会导致 CPU 使用率飙升吗？

答复：是的

剖析：Young GC 自身就是 JVM 进行垃圾回收的操作，须要计算内存和调用寄存器，因而频繁的 Young GC 必定会占用 CPU 资源。

让咱们来看一个实在的案例：for 循环从数据库中查问数据汇合，而后再次封装新的数据汇合。如果内存不够存储，JVM 会回收不再应用的数据。因而，如果须要的存储空间很大，可能会收到 CPU 使用率警报。

3. 线程多的利用 CPU 使用率肯定高吗？

答复：不肯定

剖析：如果咱们通过 jstack 查看零碎线程状态时线程总数很大，但处于 Runnable 和 Running 状态的线程并不多，那么 CPU 使用率不肯定高。然而大多数状况下，如果线程数很大，那么常见的起因是大量线程处于 BLOCKED 和 WAITING 状态。

4. CPU 使用率高的应用程序的线程数肯定大吗？

答复：不肯定

剖析：CPU 使用率高的关键因素是计算密集型操作。如果一个线程有大量计算，CPU 使用率也可能很高，这也是一个数据脚本工作须要在大规模集群上运行的起因。

5. 处于 BLOCKED 状态的线程是否会导致 CPU 使用率飙升？

答复：不肯定

剖析：CPU 使用率的飙升更多是因为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肯定会导致 CPU 使用率回升。

6 . CPU 的 us 和sy值在分时操作系统中高是什么意思？

咱们能够应用 top 命令查看 CPU 的 us 和 sy 的值，如下图所示：

  • us：用户空间占用 CPU 的百分比。简略来说，如果 us 的值比拟高，则是咱们程序引起的，并且剖析线程堆栈很容易定位有问题的线程。
  • sy：内核空间占用 CPU 的百分比。sy 高的时候，如果是程序引起的，那么基本上是线程上下文切换引起的。

四. 教训

如何定位 CPU 使用率高的起因？上面简要介绍剖析过程。

如果发现某个应用服务器的 CPU 使用率高，首先查看 线程数、JVM、零碎负载 等参数，而后用这些参数来证实问题的起因。其次，用 jstack 打印堆栈信息，应用工具剖析线程应用状况（举荐应用在线线程剖析工具 fastThread）。

在线线程剖析工具 fastThread 地址：https://fastthread.io/

下一篇文章介绍如何应用在线线程剖析工具 fastThread 剖析线程堆栈信息。

参考文档：

https://www.tutorialdocs.com/article/java-cpu-soar.html

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