【性能优化】CPU利用率飙高与内存飙高问题

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本文导读

本文对CPU利用率飙高问题，内存飙高问题进行剖析。主要内容有CPU利用率飙高定位步骤、CPU飙高的原因与解决；内存飙高定位步骤以及内存飙高故障分析及解决。

一、CPU利用率飙高问题

1、CPU利用率飙高定位步骤

当cpu经常飙升到100%的使用率，需要定位到具体是哪个线程在占用，定位问题的步骤如下(linux系统)：

1、使用top命令常看当前服务器中所有进程（jps命令可以查看当前服务器运行java进程），找到当前cpu使用率最高的进程，获取到对应的pid；

2、然后使用top -Hp pid，查看该进程中的各个线程信息的cpu使用，找到占用cpu高的线程pid。

3、使用jstack pid打印它的线程信息，通过jstack命令打印的线程号和通过top -Hp打印的线程号进制不一样，需要进行转换才能进行匹配，jstack中的线程号为16进制，而top -Hp打印的是10进制。

使用** jastack 命令分析线程信息的时候需要关注线程对应的运行状态**：runnable代表当前线程正在运行，waiting代表当前线程正在等待，该状态需要进行特殊关注wait fot 后面的线程号，因为如果当前处于waiting状态的程序长时间处于等待状态，那么就需要知道它在等待哪个线程结束，也就是wait for后面的线程号，然后根据线程号找到对应的线程，去查看当前线程有什么问题。

2、CPU飙高的原因

1、无限循环或死循环：程序中存在错误的循环结构，导致程序一直在循环执行，从而消耗大量的CPU资源。

2、复杂的算法和计算：程序中执行复杂的算法、大规模的数据处理或者需要大量计算的操作可能导致CPU占用过高。

2、频繁的IO操作：如果程序频繁地进行文件读写、网络通信等IO操作，可能会导致CPU占用增加。

3、线程问题：多线程程序中，线程可能因为竞争条件、死锁、阻塞等问题导致CPU占用过高。

4、内存问题：内存泄漏或内存占用过高可能导致Java虚拟机频繁进行垃圾回收，从而增加CPU负担。

5、不合理的资源管理：没有正确释放或管理资源，如打开的文件、数据库连接等，可能导致CPU占用过高。

6、第三方库或框架问题：使用的第三方库、框架或组件可能存在性能问题，导致程序CPU占用增加。

7、并发问题：不正确的并发控制或同步机制可能导致竞争条件和性能问题。

8、缓存问题：缓存未有效利用，导致程序频繁地从内存或磁盘读取数据，增加了CPU负担。

9、频繁的异常处理：频繁的异常处理可能会导致CPU占用过高，因为异常处理可能会涉及昂贵的堆栈跟踪等操作。

3、CPU飙高的解决方法

1、优化代码：检查代码（code review），优化算法、循环和IO操作，减少CPU负担。

2、线程管理：确保多线程程序中的线程正确管理，避免竞争条件和死锁。

3、内存管理：检查内存泄漏，确保释放不再使用的内存。

4、使用合适的工具：使用性能分析工具来检测CPU占用过高的具体位置和原因。

二、内存飙高问题

内存飙高一般都是堆中对象无法回收造成，因为java中的对象大部分存储在堆内存中。其实也就是常见的oom问题(Out Of Memory)。

查看内存状态的命令（top、free、vmstat，sar，/proc/meminfo）

导致内存不足的三个原因（进行占用太高、缓存占用过高没有进行释放、内存泄漏和内存溢出导致内存不足）

1、内存飙高定位步骤

1.jinfo pid，可以查看当前进行虚拟机的相关信息列举出来

2.jstat -gc pid ms，多长毫秒打印一次gc信息，打印信息如下，里面包含gc测试，年轻代/老年带gc信息等：

3.jmap -histo pid | head -20，查找当前进程堆中的对象信息，jmap -dump:format=b,file=xxx pid，可以生成堆信息的文件，但是这个命令不建议在生产环境使用，因为当内存较大时，执行该命令会占用大量系统资源，甚至造成卡顿。

在项目启动时添加下面的命令，在发生oom时自动生成堆信息文件：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemory。如果需要在线上进行堆信息分析，如果当前服务存在多个节点，可以下线一个节点，生成堆信息，或者使用第三方工具，阿里的arthas。

2、内存飙高故障分析及解决

2.1、进程占用太多的内存

原因：每当对磁盘进行读写操作时，都会先对缓存进行操作，因为缓存是需要消耗内存的，虽然缓存中的内存会自动释放，但是只有当物理空闲内存不够的时候，缓存中才会释放一些内存出来，释放的也仅仅是够用，不会全部释放。

解决办法：使用top命令查看哪个进程占用太多，进行内存排序，kill掉

2.2、缓存占用过高导致内存不足

同进程占用太多的内存处理

2.3、内存泄漏和内存溢出

内存泄漏：程序在申请内存后，无法释放，会导致内存空间不足。

内存溢出：程序申请内存时，没有足够的空间供其使用，出现内存溢出。（解决：检查错误日志，修改JVM启动参数，增加内存，）

内存溢出的原因：内存中加载的数据过于庞大，如一次从数据库读取过多的数据，内存供给不足，导致内存溢出；集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得JVM（运行java代码的容器，相当于一台java虚拟机）不能回收；代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；启动参数内存设定的过小。

总结

本文对CPU利用率飙高问题，内存飙高问题进行剖析。主要内容有CPU利用率飙高定位步骤、CPU飙高的原因与解决；内存飙高定位步骤以及内存飙高故障分析及解决。