Tomcat進(jìn)程占用CPU過高的解決方法

CPU經(jīng)常會成為系統(tǒng)性能的瓶頸，可能：

• 內(nèi)存泄露導(dǎo)致頻繁GC，進(jìn)而引起CPU使用率過高
• 代碼Bug創(chuàng)建了大量的線程，導(dǎo)致CPU頻繁上下文切換

通常所說的CPU使用率過高，隱含著一個用來比較高與低的基準(zhǔn)值，比如

• JVM在峰值負(fù)載下的平均CPU利用率40％
• CPU使用率飆到80%就可認(rèn)為不正常

JVM進(jìn)程包含多個Java線程：

• 一些在等待工作
• 另一些則正在執(zhí)行任務(wù)

最重要的是找到哪些線程在消耗CPU，通過線程棧定位到問題代碼
如果沒有找到個別線程的CPU使用率特別高，考慮是否線程上下文切換導(dǎo)致了CPU使用率過高。

案例

程序模擬CPU使用率過高 - 在線程池中創(chuàng)建4096個線程

在Linux環(huán)境下啟動程序：

java -Xss256k -jar demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar

線程棧大小指定為256KB。對于測試程序來說，操作系統(tǒng)默認(rèn)值8192KB過大，因為需要創(chuàng)建4096個線程。

使用top命令，我們看到Java進(jìn)程的CPU使用率達(dá)到了961.6%，注意到進(jìn)程ID是55790。

用更精細(xì)化的top命令查看這個Java進(jìn)程中各線程使用CPU的情況：

#top -H -p 55790

可見，有個叫“scheduling-1”的線程占用了較多的CPU，達(dá)到了42.5%。因此下一步我們要找出這個線程在做什么事情。

為了找出線程在做什么，用jstack生成線程快照。
jstack輸出較大，一般將其寫入文件：

jstack 55790 > 55790.log

打開55790.log，定位到第4步中找到的名為 scheduling-1 的線程，其線程棧：

看到AbstractExecutorService#submit這個函數(shù)調(diào)用，說明它是Spring Boot啟動的周期性任務(wù)線程，向線程池中提交任務(wù)，該線程消耗了大量CPU。

上下文切換開銷？

經(jīng)歷上述過程，往往已經(jīng)可以定位到大量消耗CPU的線程及bug代碼，比如死循環(huán)。但對于該案例：Java進(jìn)程占用的CPU是961.6%， 而“scheduling-1”線程只占用了42.5%的CPU，那其它CPU被誰占用了？

第4步用top -H -p pid命令看到的線程列表中還有許多名為“pool-1-thread-x”的線程，它們單個的CPU使用率不高，但是似乎數(shù)量比較多。你可能已經(jīng)猜到，這些就是線程池中干活的線程。那剩下的CPU是不是被這些線程消耗了呢？

還需要看jstack的輸出結(jié)果，主要是看這些線程池中的線程是不是真的在干活，還是在“休息”呢？

發(fā)現(xiàn)這些“pool-1-thread-x”線程基本都處WAITING狀態(tài)。

• Blocking指的是一個線程因為等待臨界區(qū)的鎖（Lock或者synchronized關(guān)鍵字）而被阻塞的狀態(tài)，請你注意的是處于這個狀態(tài)的線程還沒有拿到鎖
• Waiting指的是一個線程拿到了鎖，但需等待其他線程執(zhí)行某些操作。比如調(diào)用了Object.wait、Thread.join或LockSupport.park方法時，進(jìn)入Waiting狀態(tài)。前提是這個線程已經(jīng)拿到鎖了，并且在進(jìn)入Waiting狀態(tài)前，os層面會自動釋放鎖，當(dāng)?shù)却龡l件滿足，外部調(diào)用了Object.notify或者LockSupport.unpark方法，線程會重新競爭鎖，成功獲得鎖后才能進(jìn)入到Runnable狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。

回到我們的“pool-1-thread-x”線程，這些線程都處在“Waiting”狀態(tài)，從線程棧我們看到，這些線程“等待”在getTask方法調(diào)用上，線程嘗試從線程池的隊列中取任務(wù)，但是隊列為空，所以通過LockSupport.park調(diào)用進(jìn)到了“Waiting”狀態(tài)。那“pool-1-thread-x”線程有多少個呢？通過下面這個命令來統(tǒng)計一下，結(jié)果是4096，正好跟線程池中的線程數(shù)相等。

grep -o 'pool-2-thread' 55790.log | wc -l

剩下CPU到底被誰消耗了？
應(yīng)該懷疑CPU的上下文切換開銷了，因為我們看到Java進(jìn)程中的線程數(shù)比較多。

下面通過vmstat命令來查看一下操作系統(tǒng)層面的線程上下文切換活動：

cs那一欄表示線程上下文切換次數(shù)，in表示CPU中斷次數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)這兩個數(shù)字非常高，基本證實了我們的猜測，線程上下文切切換消耗了大量CPU。
那具體是哪個進(jìn)程導(dǎo)致的呢？

停止Spring Boot程序，再次運行vmstat命令，會看到in和cs都大幅下降，這就證實引起線程上下文切換開銷的Java進(jìn)程正是55790。

總結(jié)

遇到CPU過高，首先定位哪個進(jìn)程導(dǎo)致的，之后可以通過top -H -p pid命令定位到具體的線程。
其次還要通jstack查看線程的狀態(tài)，看看線程的個數(shù)或者線程的狀態(tài)，如果線程數(shù)過多，可以懷疑是線程上下文切換的開銷，我們可以通過vmstat和pidstat這兩個工具進(jìn)行確認(rèn)。

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