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Java 进程 cpu100% 问题排查

发布于: 2 小时前
Java进程cpu100%问题排查

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前言

学过操作系统的都知道,cpu 是时分(time division)的,cpu 不是被线程独占一直使用的,除非是那种非抢占式的。操作系统里有很多线程,每个线程的运行时间由 cpu 决定,cpu 会分给每个线程一个时间片,时间片是一个极短的时间长度,如果在时间片内,线程一直占有,则认为是 cpu100%。cpu 运行速度很快,即主频非常高,除非密集型耗费 cpu 的运算,其它类型任务都会在小于时间片的时间内结束。


Java 进程 cpu100%的排查步骤,大体上都是差不多的,可能会根据不同场景有些命令稍有区别。


  1. 首先找出消耗 cpu 最高的进程 PID

  2. 然后再根据进程 PID 找出进程内消耗 cpu 最高的线程号 TID

  3. 最后根据线程号 TID 找出对应的 Java 线程,进行排查处理


正常情况下,我们一般将服务部署到 Linux 服务器上的,所以重点讲解也是在 Linux 服务器上的排查过程。不过考虑到,大多程序员是在 Windows 环境开发,或者有少数服务是部署到 Windows 服务器的,所以 Windows 和 Linux 两种环境都会讲解排查的过程。

样例准备

创建一个 Springboot 工程,简单写一个接口,死循环的创建 Person 对象,最终会产生内存溢出,java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space


启动工程,并进行接口调用:http://localhost:8080/person/test?justDo=true


package com.nobody;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.ArrayList;import java.util.List;
/** * @Description * @Author Mr.nobody * @Date 2021/3/19 * @Version 1.0.0 */@RestController@RequestMapping("person")public class PersonController {
private List<Person> persons = new ArrayList<>();
@GetMapping("test") public Boolean test(@RequestParam boolean justDo) {
int i = 1; if (justDo) { while (true) { persons.add(new Person("张三", i++)); System.out.println(persons.size()); } } return justDo; }
}
复制代码

Windows 环境排查

首先找出消耗 cpu 最高的进程 PID。有两种方式可以查出,一种是通过 Windows 任务管理器,配合 CPU 列和 PID 列找出,CPU 列数字越大,代表消耗 CPU 越高,然后找出镜像名称是 java.exe 的,最后得出 PID。



另外一种方式是使用微软的工具 Process Explorer,此软件不仅可以查看进程的情况,还能查看线程的 CPU 占有率,而任务管理器只能看到进程的 CPU 占有率。下载来解压就直接可以使用了。


下载地址:https://docs.microsoft.com/zh-cn/sysinternals/downloads/process-explorer


打开软件后,首先找出 cpu 占用率最高的 Java 进程,如下,进程号 PID 是 16356。



然后右击此行数据,选择 Properties 打开,如下:



切换到 Threads 列页面。既可以看到此进程内的线程信息,并且发现 CPU 占用率最高的线程的 TID 是 18240,6480,11260,13888,16312 等等。



打开 cmd 命令行工具,通过命令jstack 16356 > d:/16356.stack,将进程的堆栈信息导出到本地 D 盘的 16356.stack 文件中。注意,导出的文件位置随意,文件名一般以进程号+stack 后缀组成,当然也可以其他后缀。



上面我们排查到 CPU 占用率最高的线程的 TID 是 18240,6480,11260,13888,16312,这些数字是十进制的,而导出的堆栈信息里面的线程 ID 是十六进制的,所以我们需先转换为 16 进制,即 0x4740,0x1950,0x3640,0x3fb8。


然后我们打开堆栈文件 16356.stack,在里面查找这些数字,首先是 0x4740,发现定位到我们程序的代码 30 行,经检测程序,原来是死循环不断的产生 Person 对象,故找到原因所在。



而且通过其他 3 个线程 ID 0x1950,0x3640,0x3fb8,在堆栈文件中,发现是 GC 线程的 ID,从而也证明 GC 线程一直忙碌,表示内存不够用了,要进行内存回收,可能是 Java 内存回收不了,所以导致一直 gc,使 CPU 占用率极高。



至此,问题找到原因,原来是在死循环中,不断生产 Person 实例,并且无法回收,不仅工作线程一直占用 cpu,而且导致 gc 线程忙碌进行回收内存,但是回收不了,最后导致内存不足java.lang.OutOfMemoryError

Linux 环境排查

首先使用top命令找出 cpu 占用最高的进程。



再使用ps -ef | grep java或者jps命令查看 cpu 占用高的进程是否为 java 进程。




使用top -H -p pid命令查询此进程的所有线程情况,发现主要有三个线程(PID 为 29871 29872 29873)cpu 占用率高。-H 表示以线程的维度显示,默认以进程维度展示。



使用命令jstack pid > pid.tdump将此进程的线程栈导出到文件,并使用cat命令进行查看。pid.tdump 文件后缀名随意,通常以 tdump 结尾。


jstack 29869 > 29869.tdump
cat 29869.tdump
复制代码


将前面查出的 3 个线程 PID 从 10 进制转为 16 进制,对应分别为 29871 -> 0x74af,,29872 -> 0x74b0,29873 -> 0x74b1。


发现此 3 个线程中有 2 个为 gc 线程和 1 个工作线程。gc 线程忙碌表示内存不够用了,要进行内存回收,可能是 java 内存回收不了,导致一直 gc。



使用jstat -gcutil pid命令查看进程的堆情况,发现年轻代中 Eden 和老年代已使用的内存占当前容量百分比很高,并且 GC 频繁。



  • S0:年轻代中第一个 survivor(幸存区)已使用的占当前容量百分比

  • S1:年轻代中第二个 survivor(幸存区)已使用的占当前容量百分比

  • E:年轻代中 Eden(伊甸园)已使用的占当前容量百分比

  • O:old 代已使用的占当前容量百分比

  • M:元数据区使用比例

  • CCS:压缩使用比例

  • YGC:从应用程序启动到采样时年轻代中 gc 次数

  • YGCT:从应用程序启动到采样时年轻代中 gc 所用时间(s)

  • FGC:从应用程序启动到采样时 old 代(全 gc)gc 次数

  • FGCT:从应用程序启动到采样时 old 代(全 gc)gc 所用时间(s)

  • GCT:从应用程序启动到采样时 gc 用的总时间(s)


使用jmap -dump:live,format=b,file=pid.hprof pid命令导出堆文件,只导出 live 存活的对象。文件后缀名可以是任意的,因为它也是二进制的,不过通常以 hprof 结尾。



最后使用 JDK 自带的工具,JAVA_HOME/bin/jvisualvm.exe工具分析快照。


载入快照(文件----->载入—>文件类型(堆))



选择类列表,按照大小排序,找出占用内存最大的类别,发现是 Person 类。



至此,问题找到原因,原来是在死循环中,不断生产 Person 实例,并且无法回收,不仅工作线程一直占用 cpu,而且导致 gc 线程忙碌进行回收内存,但是回收不了,最后导致内存不足java.lang.OutOfMemoryError



最后简单总结下,上诉的排查过程不一定适用全部场景,不同大体上的思路大同小异。根据自己情况,使用不同的命令和工具进行分析,而且,Java 的 bin 目录下有很多 JVM 性能调优监控工具,如 jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof。

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CSDN博客专家,微信搜一搜 - 陈皮的JavaLib 2020.02.22 加入

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