使用 Arthas 排查高 CPU 使用率问题

Arthas (阿尔萨斯) 是一个非常强大的 Java 在线诊断工具，特别适合在生产环境中排查问题。 它可以让你在不重启应用的情况下，动态地观察和修改 Java 应用程序的行为。 以下是如何使用 Arthas 来排查高 CPU 使用率问题的步骤，并说明各种命令的用途：

1. 安装和启动 Arthas:

• 下载 Arthas：

  wget https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar
  

• 启动 Arthas：

  java -jar arthas-boot.jar
  

• 选择要诊断的 Java 进程。 Arthas 会列出当前正在运行的 Java 进程，选择目标进程的编号。

2. 使用 dashboard 命令查看系统信息和线程状态:

• 输入 dashboard 命令，Arthas 会显示一个实时更新的仪表盘，包含：

  • 系统信息 (CPU, Memory, Load Average)
  • JVM 信息 (GC, Thread)
  • 线程信息 (ID, Name, State, CPU%, TIME)

• 观察线程信息，找到 CPU 使用率最高的线程 ID (NID)。 dashboard 命令会动态更新，方便你快速找到占用 CPU 最高的线程。

3. 使用 thread 命令查看线程堆栈信息:

• 输入 thread <NID> 命令，其中 <NID> 是你在 dashboard 中找到的 CPU 使用率最高的线程的 Native ID。 例如：

  thread 21
  

  这会打印出该线程的堆栈信息。 堆栈信息显示了线程当前正在执行的代码路径。

• 分析堆栈信息，找出导致高 CPU 使用率的代码。 常见的嫌疑对象包括：

  • 无限循环： 检查是否有任何循环没有正确的退出条件。
  • 正则表达式： 复杂的正则表达式可能会导致 CPU 使用率飙升。
  • I/O 操作： 频繁的磁盘或网络 I/O 操作也可能导致问题。
  • 计算密集型操作： 复杂的算法或计算可能会占用大量 CPU 资源。

4. 使用 trace 命令追踪方法执行耗时:

• trace 命令可以追踪指定方法的执行耗时，帮助你找到性能瓶颈。

• 语法：

  trace <class name> <method name>
  

• 例如，假设你在线程堆栈中发现 com.example.MyClass.processData() 方法可能存在问题，可以使用以下命令追踪该方法的执行耗时：

  trace com.example.MyClass processData
  

• Arthas 会打印出每次调用 processData() 方法的耗时。 如果发现某个方法的耗时特别长，则很可能是性能瓶颈所在。

5. 使用 watch 命令观察方法参数和返回值:

• watch 命令可以观察指定方法的参数和返回值，帮助你理解方法的行为。

• 语法：

  watch <class name> <method name> "{params,returnObj}"
  

• 例如，继续使用上面的例子，可以使用以下命令观察 processData() 方法的参数和返回值：

  watch com.example.MyClass processData "{params,returnObj}"
  

• Arthas 会打印出每次调用 processData() 方法的参数和返回值。 这可以帮助你了解方法的输入和输出，从而更好地理解方法的行为。

6. 使用 profiler 命令进行 CPU 火焰图分析:

• profiler 命令可以生成 CPU 火焰图，帮助你更直观地了解 CPU 的使用情况。

• 启动 profiler：

  profiler start
  

• 运行一段时间后，停止 profiler：

  profiler stop
  

• Arthas 会生成一个 HTML 文件，其中包含 CPU 火焰图。 在浏览器中打开该 HTML 文件，就可以看到 CPU 的使用情况。

• 火焰图的每一层代表一个函数调用，火焰越宽表示该函数占用的 CPU 时间越多。 通过火焰图，可以快速找到占用 CPU 最多的函数。

7. 使用 tt 命令记录和回放方法调用:

• tt 命令 (Time Tunnel) 可以记录指定方法的调用，并在之后回放这些调用。 这可以帮助你重现问题，并进行更深入的分析。

• 语法：

  tt -t <class name> <method name>
  

• 例如：

  tt -t com.example.MyClass processData
  

• 这会记录 processData() 方法的所有调用。 记录完成后，可以使用 tt -l 命令列出所有记录的调用，并使用 tt -i <index> 命令回放指定的调用。

排查示例:

1. 使用 dashboard 找到 CPU 使用率最高的线程 (例如，NID 为 21)。
2. 使用 thread 21 查看该线程的堆栈信息。 发现线程正在执行 com.example.MyClass.processData() 方法。
3. 使用 trace com.example.MyClass processData 追踪 processData() 方法的执行耗时。 发现该方法的执行耗时非常长。
4. 使用 watch com.example.MyClass processData "{params,returnObj}" 观察 processData() 方法的参数和返回值。 发现该方法接收的参数数据量非常大，导致执行缓慢。
5. 使用 profiler start 和 profiler stop 命令生成 CPU 火焰图，并在浏览器中打开火焰图。 火焰图显示 processData() 方法及其调用的子方法占用了大量的 CPU 时间。

根据以上信息，可以判断 processData() 方法是性能瓶颈所在。 接下来，可以优化该方法的代码，例如减少数据量、使用更高效的算法等。

总结:

Arthas 提供了丰富的命令，可以帮助你从多个角度分析 Java 应用程序的性能问题。 熟练掌握这些命令，可以让你在生产环境中快速定位和解决问题。 记住，Arthas 是一个强大的工具，但也要谨慎使用，避免对生产环境造成不必要的影响。 在进行任何操作之前，请务必了解该操作的含义和潜在风险。 推荐优先在测试环境中进行验证。