JAVA进程CPU使用率高分析定位

一、场景描述

在实际应用场景中，JAVA 进程导致宿主机 CPU 使用率高的情况很常见，可能导致的原因很多：主机配置过低、代码质量低等；通常处于 bug 修复或者性能优化的需求，需要定位耗费大量 CPU 时间的罪魁祸首，这里提供几种常见的定位排查手段。

二、可选排查方式

【方式一】命令行 + jstack

jstack 是 Java 进程内的线程堆栈信息的常用工具，具体使用如下：

1. 定位消耗 CPU 的进程 pid（按 P 排序）:top -c
2. 可以将进程堆栈导出：jstack -l <pid> > jstack.txt，然后加载到本地客户端工具或者网页工具（如：heapdump）中进行分析
3. 也可以完全使用命令行分析，定位消耗 CPU 的具体线程及其堆栈：top -Hp <pid>；输入 P 按 CPU 使用率排序，记住线程 pid 并转化为 16 进制：printf '%x\n' <nid>，得到 16 进制的 nid-16；接着在 jstack 中找到对应堆栈信息：jstack -l <pid> | grep <nid-16> -C5 -color 或者 jstack -l <pid> | grep <nid-16>
4. 检查 JAVA 进程是否存在死锁：jstack -l -F <pid>

【方式二】Arthas

Arthas 是 Alibaba 开源的一个 Java 诊断工具，方便进行问题的定位和诊断，可以在线排查问题，无需重启；动态跟踪 Java 代码；实时监控 JVM 状态。

1. 下载 jar 包：curl -O https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
2. 使用和业务应用相同的用户运行调试命令（会进入专用控制台并自动识别 java 进程并提供序号列表供选择）：java -jar arthas-boot.jar
3. 使用说明：
   • 输入help命令查看支持的选项，dashboard命令用于整体展示进程所有线程、内存、GC 等情况，通过thread的-n 5选项找出最忙的前 5 个线程、-b 选项找出阻塞其他线程的线程，再输入thread <nid>查看详情，使用trace或者tt命令进行跟踪分析，输入stop退出。
   • profiler命令支持生成应用热点的火焰图，默认生成的是 cpu 的火焰图（即 event 为 cpu，可以用 –event 参数来指定，支持的 event 可以使用profiler list命令获取）， 常规命令：
     1. 启动采样：profiler start
     2. 查看已获取的样本数：profiler getSamples
     3. 查看采样状态：profiler status
     4. 停止采样：profiler stop（支持通过--file指定保存的文件名、--format html指定输出为 html 格式，默认为 svg）

• 火焰图分析说明：
  • y 轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数
  • x 轴表示抽样数，如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多、即执行的时间长。注意，x 轴不代表时间，而是所有的调用栈合并后，按字母顺序排列的
  • 颜色没有特殊含义，因为火焰图表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般选择暖色调
  • 火焰图就是看顶层的哪个函数占据的宽度最大。只要有”平顶”（plateaus），就表示该函数可能存在性能问题

【方式三】show-busy-java-threads 脚本

1. 下载安装包：wget --no-check-certificate https://github.com/oldratlee/useful-scripts/archive/release.zip
2. 解压：unzip release.zip && cd useful-scripts-release
3. 使用（找出指定 java 进程中最消耗 CPU 的线程（缺省 5 个），打印出其线程栈）：./show-busy-java-threads -p <pid>