线上CPU100%？看看这篇是怎么排查的!

前言

作为后端开发工程师,当收到线上服务器CPU负载过高告警时,你会这么做?重启服务,忽略告警?不过在我看来一个合格的工程师是一定要定位到具体问题所在的,从而 fix 它。下面记录一下线上服务器 CPU 负载过高排查过程,把排查流程理清楚，以后遇到问题将会迅速定位到问题所在，快速解决。

什么样的场景会导致线上CPU负载过高？

代码层面常见的场景有：

程序陷入死循环，不停地消耗CPU
线程死锁，线程相互等待，导致假死状态，不停地消耗CPU

程序死循环场景

这里使用 JAVA 简单模拟程序死循环带来的系统高负载情况，代码如下：

 1/**
 2 * @program: easywits
 3 * @description: 并发下的 HashMap 测试....
 4 * @author: zhangshaolin
 5 * @create: 2018-12-19 15:27
 6 **/
 7public class HashMapMultiThread {
 8
 9    static Map<String, String> map = new HashMap<>();
10
11    public static class AddThread implements Runnable {
12
13        int start = 0;
14        public AddThread(int start) {
15            this.start = start;
16        }
17        @Override
18        public void run() {
19            //死循环,模拟CPU占用过高场景
20            while (true) {
21                for (int i = start; i < 100000; i += 4) {
22                    map.put(Integer.toString(i), Integer.toBinaryString(i));
23                }
24            }
25        }
26        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
27            //线程并发对 HashMap 进行 put 操作  如果一切正常,则得到 map.size() 为100000
28
29            //可能的结果:
30            //1. 程序正常,结果为100000
31            //2. 程序正常,结果小于100000
32            Thread thread1 = new Thread(new AddThread(0), "myTask-1");
33            Thread thread2 = new Thread(new AddThread(1), "myTask-2");
34            Thread thread3 = new Thread(new AddThread(2), "myTask-3");
35            Thread thread4 = new Thread(new AddThread(3), "myTask-4");
36            thread1.start();
37            thread2.start();
38            thread3.start();
39            thread4.start();
40            thread1.join();
41            thread2.join();
42            thread3.join();
43            thread4.join();
44            System.out.println(map.size());
45        }
46    }
47}

线程死锁场景

同样使用 JAVA 程序简单模拟线程死锁场景，代码如下：

 1/**
 2 * @program: easywits
 3 * @description: 死锁 demo ....
 4 * 1.两个线程里面分别持有两个Object对象：lock1和lock2。这两个lock作为同步代码块的锁；
 5 * 2.线程1的run()方法中同步代码块先获取lock1的对象锁，Thread.sleep(xxx)，时间不需要太多，50毫秒差不多了，然后接着获取lock2的对象锁。
 6 * 这么做主要是为了防止线程1启动一下子就连续获得了lock1和lock2两个对象的对象锁
 7 * 3.线程2的run)(方法中同步代码块先获取lock2的对象锁，接着获取lock1的对象锁，当然这时lock1的对象锁已经被线程1锁持有，线程2肯定是要等待线程1释放lock1的对象锁的
 8 * <p>
 9 * 线程1″睡觉”睡完，线程2已经获取了lock2的对象锁了，线程1此时尝试获取lock2的对象锁，便被阻塞，此时一个死锁就形成了。
10 * @author: zhangshaolin
11 * @create: 2018-12-20 11:33
12 **/
13public class DeadLock {
14
15    static Object lock1 = new Object();
16    static Object lock2 = new Object();
17
18    public static class Task1 implements Runnable {
19
20        @Override
21        public void run() {
22            synchronized (lock1) {
23                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得了第一把锁!!");
24
25                try {
26                    Thread.sleep(50);
27                } catch (InterruptedException e) {
28                    e.printStackTrace();
29                }
30
31                synchronized (lock2) {
32                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得了第二把锁!!");
33                }
34            }
35        }
36    }
37
38    public static class Task2 implements Runnable {
39
40        @Override
41        public void run() {
42            synchronized (lock2) {
43                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得了第二把锁!!");
44
45                synchronized (lock1) {
46                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得了第一把锁!!");
47                }
48            }
49        }
50    }
51
52    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
53        Thread thread1 = new Thread(new Task1(), "task-1");
54        Thread thread2 = new Thread(new Task2(), "task-2");
55        thread1.start();
56        thread2.start();
57
58        thread1.join();
59        thread2.join();
60        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行结束!");
61    }
62}

以上两种场景代码执行后，不出意外，系统CPU负载将会飙升，我的机器，4核CPU已经明显感觉到卡顿了，所以线上应该杜绝出现死循环代码。。

使用`top` 命令监控当前系统负载情况

执行第一种场景测试代码。

在 linux 命令行键入 top 指令后，就开始实时监控当前系统的负载信息，监控到的负载信息如下图所示：

从图中的监控信息可以快速大致的了解到，PID为17499的进程CPU负载高达328+%，是一个 JAVA 程序。简单介绍下监控信息如下：

PID：进程的ID　　
USER：进程所有者
PR：进程的优先级别，越小越优先被执行
VIRT：进程占用的虚拟内存
RES：进程占用的物理内存
SHR：进程使用的共享内存
S：进程的状态。S表示休眠，R表示正在运行，Z表示僵死状态，N表示该进程优先值为负
%CPU：进程占用CPU的使用率
%MEM：进程使用的物理内存和总内存的百分比
TIME+：该进程启动后占用的总的CPU时间，即占用CPU使用时间的累加值

在监控页面下按键盘数字 1 可以看到每个CPU的负载情况，如下图：

可以看到开了四个线程，无限循环之后，我的机器中四个核心CPU，每颗负载接近百分百。

使用 `top` 命令监控进程中负载过高的线程

top -H -p pid: 查看指定进程中每个线程的资源占用情况(每条线程占用CPU时间的百分比)，监控结果如下图：

以上监控指令输出的指标针对的是某个进程中的线程，从图中看可以快速得出结论：四个 JAVA 线程CPU负载极高，线程ID分别为:17532,17535,17533,17534,注意这里打印出来的线程ID为十进制的哦！

根据`进程pid`&&`线程id`查看线程堆栈信息

jstack pid:查看指定进程中线程的堆栈信息，这个命令最终会打印出指定进程的线程堆栈信息，而实际线上情况发生时，我们应当把快速把堆栈信息输出到日志文本中，保留日志信息，然后迅速先重启服务，达到临时缓解服务器压力的目的。
jstack 17499 > ./threadDump.log：将线程堆栈信息输出到当前目录下的 threadDump.log 文件。

注意：jstack 打印出的线程id号为十六进制，而 top 命令中打印出来的线程号为十进制，需要进行转换后，定位指定线程的堆栈信息

这里分析日志文件后，过滤出四个线程堆栈信息如下图：

从这四个线程执行的堆栈信息，很明显的看出：导致CPU飙升的程序正在执行 HashMap 的 put 操作。

友情提示：测试代码最好不要在公司的线上环境做测试哦！

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