JVM:线上服务CPU爆满,如何排查(三)
0. 引言
前一段时间出现了一个正则表达式引起的线上CPU爆满的问题,一开始没有在第一时间定位到问题,这里也特此记录一下,同时也系统的梳理下CPU爆满问题的排查思路和方法,为后续的同学提供参考。
1. CPU爆满问题产生的原因
我们首先要理解cpu飙升爆满的原因,才能正确的进行排查:
- 并发量提升:这类是比较容易产生的原因,也就是突然之前提升上来的并发量,导致线上服务器资源不足,cpu占用居高不下。
- 功能耗费计算资源:这类原因我们也称为计算密集型任务,也就是比较耗费计算资源的功能,比如负责的数据处理、图片处理、加密等
- 循环递归:这类是在开发时不规范的书写导致,比如写了一个死循环、或者较深的递归调用,导致资源一直消耗,无法释放线程
- 资源竞争:在多个线程或进程之前产生了对同一资源的竞争调用,比如锁竞争,连接池竞争等
- 服务故障:因为第三方组件故障导致的cpu占用过高,这类问题发生的概率较小,因为一般生产环境会部署监控服务,组件故障一般会第一时间预警出来
- 硬件故障:因为cpu本身硬件故障导致的占用飙升
以上这些原因中,真正在我们软件生产中容易产生的就是并发量提升、功能耗费计算资源、循环递归、资源竞争其他情况其实相对较少,或者其他情况出现故障时,已经不再是开发者能够介入的范围了。所以今天我们主要针对这4种原因来进行讲解
2. 解决思路
- 并发量提升:
首先针对这个原因导致的CPU飙升,本身不在代码层,而在于架构层上,既然并发量提高,那么紧急提升服务器资源或对并发进行限流是比较好的措施
- 功能耗费计算资源:
这类问题导致的CPU飙升主要有两种处理思路,一是先定位到是哪个功能占用的cpu资源居高不小,如何定位我们将在下面讲解;然后考量这个功能本身能不能优化,是否真的需要占用这么多资源;如果本身确实是计算非常复杂,那么就要考虑增加服务器资源
- 循环递归:
死循环和过深递归这是我们明确要避免的,但如何定位到是难点,这也是我们将在下面讲解的。定位到后,就要进行代码优化,避免此种情况
- 资源竞争:
资源竞争这类的要根据实际占用的什么资源来分析,比如是锁竞争,那么应当就采取避免竞争的措施,比如减少锁的使用、使用乐观锁、使用JUC同步组件等
3. 定位CPU爆满问题
首先要定位CPU爆满问题,其实核心就是要定位占用CPU高的线程,以及对应的代码。和OOM问题一样,在定位到代码位置后,问题的解决就好操作了
这里为了让大家感受到实际的排查操作,我模拟一个会导致CPU飙升的代码,运行后我们来一起排查。如果后续大家想要跟练的,可以在下述git下载源码:
https://gitee.com/wuhanxue/wu_study/tree/master/demo/cpu_oom_demo
1、运行项目
java -jar cpu_oom_demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
2、调用会造成cpu飙升的接口,模拟cpu爆满
http://192.168.244.14:8080/cpu/build?time=-1
3、top
指令观察进程资源占用情况
如果你的服务器是多核的,要注意承上核数才是最大占用率。比如4核处理器,CPU最大能到400%,如果当前占用还只是100%,说明还远没有达到极限
这里我是运行在单核虚拟机上的,所以cpu占用率最高是100%,可以看到已经飙升到99%了。可以看到占用CPU占用最高的进程的pid是2127
2、如果一台服务器上部署了多个java程序的,可以通过jinfo
指令或者jps
指令确认进程ID对应的服务名
jps -l
3、我们用top -Hp
查看该进程下的线程资源占用情况
top -Hp 2127
查看到CPU占用最高的的线程的pid是2140,第二是2141
4、我们继续查看该线程下的堆栈日志信息,这一步可以通过jstack
指令实现,但是该工具打印的日志中的线程ID都是16进制的,所以我们需要将线程id转换为16进制
两种方式实现10转16进制:
- 在线查询:https://jisuan5.com/decimal-to-hexadecimal/
- linux指令转换
printf '%x\n' 2140
在使用jstack工具之前,我们先了解一下他的参数:
jstack [options] 进程pid
options参数值:
-F: 强制打印一个堆栈转储
-l:打印关于锁的其他信息
-m: 打印包含java和本地方法栈的堆栈信息
-h: 打印帮助信息
直接执行jstack 2127
打印进程信息发现信息实在太多,很难捕捉到自己先要的信息
所以我们根据线程id过滤一下,查看cpu占用最大的线程的堆栈信息,其中grep -A 50
表示指定关键字的后面50行日志
jstack 2127 | grep -A 50 85c
从上述的日志信息我们可以看出,问题出在正则表达式的调用上,同时方法定位到是cpuBuild方法,那么自此,我们就可以去代码位置进行调整了
通过本地测试,可以知道,原因就是原来书写的正则表达式占用了过多的cpu,在判定长字符串时,耗时较长,线程一直得不到释放,导致cpu居高不下
当然可以看到我们这里书写了一个死循环,目的是为了简单的模拟用户的高并发请求,如果不想书写死循环的,也可以用jmeter来做并发调用,同样可以模拟出cpu爆满的效果
我们也可以通过Thread
关键字来查询线程数量,实现并发量的统计
jstack -l 2127 | grep 'java.lang.Thread.State' | wc -l
如果想要将堆栈信息导出到文件中查看的,也可以通过jstack
指令实现
jstack 2127 > 2127.log
而针对这类CPU问题的解决,我们定位到问题代码后,就要靠大家针对代码进行优化了
总结
综上,就是我们通过jstack工具和其他指令,来定位CPU飙升问题的思路和步骤,希望可以给大家在实际生产中提供到帮助
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