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Java项目CPU 100%排查与解决方案
概述
在Java应用的运行过程中，CPU占用过高是一个常见的性能问题。这不仅会影响系统的响应速度和稳定性，甚至可能导致应用崩溃。因此，进行有效的性能监控和问题排查是确保系统高效运行的必要步骤。本文将详细介绍如何诊断CPU占用过高的问题，并通过常用的JVM工具进行调优。
出现场景
1. 业务高峰期
如果你的应用在某个时段（如促销、活动等）突然接收到大量流量，CPU占用率上升是正常现象。此时，CPU必须处理更多的请求，线程数也随之增加。如果活动结束后，CPU占用率恢复正常，这种情况无需过于担心。
2. 程序异常导致的高CPU占用
如果CPU长期高占用，可能是某个线程进入了无限循环，或者程序出现了逻辑错误。
排查思路
1. 使用top命令查看CPU占用情况
首先，使用top命令查看CPU使用情况，并定位到占用资源较高的进程。
top
2. 查找对应进程下线程的状态
使用top -H -n 1 -p PID命令查看对应进程下线程的状态，找到CPU占用高的线程。
top -H -n 1 -p 12345
3. 输出进程的线程文件
通过jstack -l PID > ./jstack.log命令输出进程的线程文件，以便进一步分析。
jstack -l 12345 > ./jstack.log
4. 查看线程详情
查看jstack.log文件，查看线程详情，定位问题代码。
cat ./jstack.log | grep -A 10 "java.lang.Thread.State: RUNNABLE"
解决方案
1. 提升服务器配置
如果服务器的配置较低，可能需要考虑提升硬件资源，如增加CPU核心数或提升内存，以应对高并发负载。
2. 使用Arthas工具
Arthas是一个Java在线诊断工具，可以帮助我们排查问题。
安装Arthas
curl -L https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar -o arthas-boot.jar
使用Arthas
java -jar arthas-boot.jar
使用Arthas工具的thread命令和dashboard命令找到CPU占用率高的线程ID，并查看指定线程的堆栈信息。
thread
dashboard
3. 分析GC日志
如果线程堆栈中定位不到具体的原因，再去看看GC日志是否出现了频繁Full GC的问题，使用jstat命令监控GC状况。
jstat -gc 12345
4. 导出堆内存文件
如果出现了频繁Full GC的问题，则使用jmap命令或者Arthas工具的heapdump命令导出堆内存文件，使用MAT工具进行分析和定位代码问题。
jmap -dump:format=b,file=heapdump.hprof 12345
实际案例分析
案例背景
假设我们有一个Java Web应用，最近在业务高峰期出现了CPU占用率持续100%的情况。我们需要对这个问题进行排查和解决。
步骤1：使用top命令查看CPU占用情况
我们首先使用top命令查看CPU使用情况，并定位到占用资源较高的进程。
top
在输出结果中，我们发现进程ID为12345的Java进程CPU占用率异常高。
步骤2：查找对应进程下线程的状态
接下来，我们使用top -H -n 1 -p 12345命令查看对应进程下线程的状态，找到CPU占用高的线程。
top -H -n 1 -p 12345
我们发现线程ID为12345的线程CPU占用率特别高。
步骤3：输出进程的线程文件
我们通过jstack -l 12345 > ./jstack.log命令输出进程的线程文件，以便进一步分析。
jstack -l 12345 > ./jstack.log
步骤4：查看线程详情
我们查看jstack.log文件，查看线程详情，定位问题代码。
cat ./jstack.log | grep -A 10 "java.lang.Thread.State: RUNNABLE"
在输出结果中，我们发现以下代码片段：
"http-nio-8080-exec-10" #10 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8a40d8d800 nid=10 waiting on condition [0x00007f8a41c0b000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:152)
at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:121)
at org.apache.tomcat.util.buf.UDecoder$Data.read(UDecoder.java:951)
at org.apache.coyote.http11.InternalInputBuffer.fill(InternalInputBuffer.java:133)
at org.apache.coyote.http11.InternalInputBuffer.parseHeaders(InternalInputBuffer.java:180)
at org.apache.coyote.http11.AbstractHttp11InputBuffer.parseRequestLine(AbstractHttp11InputBuffer.java:40)
at org.apache.coyote.http11.AbstractHttp11Processor.process(AbstractHttp11Processor.java:289)
at org.apache.coyote.AbstractProtocol$AbstractConnectionHandler.process(AbstractProtocol.java:672)
at org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$SocketProcessor.doRun(NioEndpoint.java:1498)
at org.apache.tomcat.util.net.SocketProcessorBase.run(SocketProcessorBase.java:49)
步骤5：使用Arthas工具
我们使用Arthas工具的thread命令和dashboard命令找到CPU占用率高的线程ID，并查看指定线程的堆栈信息。
java -jar arthas-boot.jar
thread
dashboard
在Arthas的输出结果中，我们发现线程ID为10的线程CPU占用率特别高。
步骤6：分析GC日志
我们使用jstat -gc 12345命令监控GC状况。
jstat -gc 12345
在输出结果中，我们发现Full GC非常频繁，这可能是导致CPU高占用的原因之一。
步骤7：导出堆内存文件
我们使用jmap -dump:format=b,file=heapdump.hprof 12345命令导出堆内存文件，使用MAT工具进行分析和定位代码问题。
jmap -dump:format=b,file=heapdump.hprof 12345
步骤8：使用MAT工具分析堆内存文件
我们使用MAT工具打开heapdump.hprof文件，分析内存泄漏和内存分配情况。
在MAT的分析结果中，我们发现有一个对象持有了大量的内存，并且这个对象是由一个线程持有的，这个线程就是我们之前在jstack中发现的高CPU占用线程。
步骤9：优化代码
根据MAT的分析结果，我们发现代码中有一个无限循环，导致线程无法释放对象，从而造成了内存泄漏和CPU高占用。
我们修改代码，将无限循环改为有限循环，并添加适当的内存释放逻辑。
步骤10：重新部署并监控
我们重新部署修改后的代码，并使用top命令监控CPU占用情况。
top
经过优化后，我们发现CPU占用率明显下降，问题得到解决。
总结
通过上述步骤，我们可以有效地定位并解决Java项目中的CPU 100%问题。在实际工作中，我们需要根据具体情况选择合适的工具和方法进行排查和优化。同时，我们也需要定期对系统进行性能监控和调优，以确保系统的稳定运行。
