CPU 和 线程

一、CPU 和线程的基本概念

1. 什么是 CPU？

• **CPU（中央处理器）**是计算机的核心硬件，负责执行所有的计算和指令。
• 现代服务器通常有多个物理核心（Core），每个核心可以独立处理任务。
• 有些 CPU 支持超线程（Hyper-Threading） ，一个物理核心可以模拟成两个“逻辑核心”，提升并发能力。

2. 什么是线程？

• 线程是操作系统调度的最小单位，是程序中实际被 CPU 执行的“工作单元”。
• 一个进程可以包含多个线程，这些线程可以并发执行。
• 线程的状态包括：新建（New）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞/等待（Blocked/Waiting）、终止（Terminated）。

3. 线程与 CPU 的关系

• 线程需要被 CPU 核心调度执行，一个线程在某一时刻只能被一个核心执行。
• N核 CPU，同一时刻最多只能有 N 个线程被真正“运行”，其余线程处于等待（就绪）或阻塞状态。
• 操作系统通过“时间片轮转”让多个线程轮流获得 CPU 执行权，实现“多任务并发”。

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二、线程和 CPU 占用的关系

1. 能占用 CPU 的是线程

• 只有处于“就绪”或“运行”状态的线程才会消耗 CPU。
• 阻塞/等待状态（如等待 IO、锁、sleep）的线程不会占用 CPU。

2. 线程数和 CPU 占用的关系

• 线程多≠CPU占用高，关键看有多少线程在“忙碌”地执行。
• 少量线程如果每个都在高强度计算，也能让 CPU 占用升高。
• 线程多但大部分在等待（如 IO 阻塞），CPU 占用可能很低。

3. 线程的“就绪”状态

• 线程已经具备运行条件，只是暂时没有被分配到 CPU。
• 一旦有空闲核心，调度器会立刻让其运行。

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三、什么情况下会导致 CPU 占用升高？

1. 代码层面

• 死循环或递归：线程陷入无限循环，持续占用 CPU。
• 高频轮询：频繁轮询数据库、消息队列、外部接口，没有等待或限流。
• 大量并发请求：短时间内大量请求，线程池满载，CPU 资源被耗尽。
• 频繁垃圾回收（GC） ：内存泄漏或对象创建过多，导致 GC 线程频繁运行。
• 复杂计算任务：如加密、压缩、大数据处理等。

2. 外部依赖或环境

• 依赖服务响应慢：调用外部服务超时，线程堆积，CPU 被消耗。
• 数据库慢查询：数据库响应慢，应用线程等待，间接引发 CPU 飙高。
• 恶意攻击或爬虫：被恶意流量刷接口，导致 CPU 飙升。

3. 服务器层面

• 资源竞争：多个进程/服务争抢 CPU。
• 系统任务异常：如病毒、异常进程等。

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四、CPU 100% 时服务的可用性

1. CPU 100% 说明什么？

• 说明服务器所有 CPU 核心都被占满，系统资源耗尽。
• 操作系统调度变慢，应用响应变慢甚至无响应。
• 可能导致请求超时、服务不可用、健康检查失败等。

2. CPU 100% 时服务还可用吗？

• 理论上，服务还能处理请求，但响应会极慢，用户体验极差。
• 实际上，大多数情况下服务会出现超时、错误，甚至完全不可用。
• 健康检查和监控通常会报警，部分云平台会自动重启或下线实例。

3. CPU 100% 服务是不是 down 掉了？

• 不一定完全 down，但大概率“不可用”或“极不稳定”。
• 轻则响应慢、超时，重则完全无响应，健康检查失败被摘除。

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五、如何排查和优化 CPU 占用高的问题？

1. 查看线程数和线程状态

   • Linux 下用 top、htop、ps -efL，或 Java 的 jstack。

2. 分析热点代码

   • 用 Java 的 jstack、jvisualvm、arthas 等工具分析线程堆栈。

3. 检查 GC 日志

   • 频繁 GC 也会导致 CPU 高。

4. 优化代码和架构

   • 避免死循环、合理限流、优化算法、减少不必要的并发。

5. 扩容或分布式部署

   • 增加服务器或核心数，分散压力。

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六、总结

• CPU 是硬件，线程是操作系统调度的单位。
• N核 CPU 同时只能执行 N 个线程，其余线程排队等待。
• CPU 占用高通常是线程“忙碌”导致的，线程多但大部分阻塞不会导致 CPU 高。
• CPU 100% 时服务大概率不可用或极不稳定，需要及时排查和优化。