Java 应用程序的 CPU 使用率飙升原因分析

1、背景

在服务器上执行某个任务时，系统突然运行缓慢，top 发现cpu飙升，一度接近100%，最终导致服务假死。

2、CPU 使用率怎么计算？

CPU% = 1 - idleTime / sysTime * 100

idleTime：CPU处于空闲状态的时间
sysTime：CPU处于用户态和内核台的时间总和

3、问题分析

#查看所有进程占系统cpu的排序，极大可能排第一的就是自己的java进程，pid就是进程号。
1、top  

#查看java进程下的所有线程占cpu情况。
2、top -Hp 进程id 

#可查看进程堆栈信息
3、jstack  进程号  

-F	当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
-m	如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈
-l	除堆栈外，显示关于锁的附加信息，在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况

#查找某进程下-》线程id（jstack堆栈信息中的nid）=0xa的线程状态
4、jstack 进程号 | grep 线程id
最后可以把对应堆栈信息导入到log中，进行分析

jstack命令查看对应进程的堆栈信息

3、可能导致的原因

计算密集型的程序是比较耗 CPU 使用率的

1、频繁GC，访问量高时，有可能造成频繁的YGC、甚至FGC。当调用量大时，内存分配过快，
就会造成GC线程不停的执行，导致CPU飙高

2、代码中有大量消耗CPU的操作，导致CPU过高，系统运行缓慢；
     #例如某些复杂算法，甚至算法BUG，无限循环递归等等
     
3、由于锁使用不当，导致死锁

4、序列化与反序列化，后文中举了一个真实的案例，程序执行xml解析的时，调用量增大的情
况下，导致了CPU被打满

5、加密、解密

6、正则表达式校验，曾经线上发生一次血案，正则校验将CPU打满。大概原因是：Java 正则
表达式使用的引擎实现是 NFA 自动机，这种引擎在进行字符匹配会发生回溯（backtracking）

7、线程上下文切换、当启动了很多线程，而这些线程都处于不断的阻塞状态（锁等待、IO等
待等）和执行状态的变化过程中。当锁竞争激烈时，很容易出现这种情况

4、常见的一些问题（来源于其他大佬的总结）

4-1.while的无限循环会导致CPU使用率飙升吗？

是。

首先，无限循环将调用CPU寄存器进行计数，此操作将占用CPU资源。那么，如果线程始终处于无限循环状态，CPU是否会切换线程？

除非操作系统时间片到期，否则无限循环不会放弃占用的CPU资源，并且无限循环将继续向系统请求时间片，直到系统没有空闲时间来执行任何其他操作。

4-2.频繁的Young GC会导致CPU占用率飙升吗？

是。

Young GC本身就是JVM用于垃圾收集的操作，它需要计算内存和调用寄存器。因此，频繁的Young GC必须占用CPU资源。

让我们来看一个现实世界的案例。for循环从数据库中查询数据集合，然后再次封装新的数据集合。如果内存不足以存储，JVM将回收不再使用的数据。因此，如果所需的存储空间很大，您可能会收到CPU使用率警报。

4-3.具有大量线程的应用程序的CPU使用率是否较高？

不是。

如果通过jstack检查系统线程状态时线程总数很大，但处于Runnable和Running状态的线程数不多，则CPU使用率不一定很高。