CPU 占用 100% 排查及 jstack 命令详解

CPU 占用 100% 排查及 jstack 命令详解

在 Java 应用运行过程中，有时会遇到 CPU 占用率飙升至 100% 的情况，这会导致应用响应缓慢、甚至卡顿崩溃。本文将详细介绍 CPU 占用 100% 的排查方法，以及如何使用 jstack 命令定位问题根源。

一、CPU 占用 100% 的常见原因

1. 死循环：代码中存在无限循环逻辑，导致线程一直占用 CPU 资源。

2. 线程阻塞与竞争：大量线程竞争锁资源，频繁的上下文切换消耗 CPU。

3. 频繁 GC：内存泄漏或不合理的内存配置导致垃圾回收机制频繁运行，占用大量 CPU。

4. 复杂计算：应用中存在耗时的复杂计算操作，长时间占用 CPU。

二、CPU 占用 100% 的排查步骤

1. 定位占用高 CPU 的进程

首先需要找到导致 CPU 占用过高的 Java 进程 ID。可以使用top命令（Linux 系统）：

top

在 top 命令界面中，按P键可以按 CPU 使用率排序，找到 CPU 占用率高的进程，记录其 PID（进程 ID）。

如果是 Windows 系统，可以使用任务管理器或资源监视器查看进程的 CPU 占用情况，获取对应的进程 ID。

2. 定位进程中占用高 CPU 的线程

知道进程 ID 后，需要进一步定位该进程中占用 CPU 较高的线程。使用以下命令（Linux 系统）：

top -Hp <进程PID>

该命令会显示指定进程下各个线程的 CPU 占用情况，同样按P键排序，记录占用 CPU 高的线程 TID（线程 ID，十进制）。

3. 将线程 ID 转换为十六进制

因为 jstack 命令输出的线程 ID 是十六进制的，所以需要将上一步得到的十进制线程 ID 转换为十六进制。可以使用printf命令：

printf "%x\n" <线程TID>

例如，线程 TID 为 1234，转换为十六进制的命令为：

printf "%x\n" 1234

输出结果为4d2。

4. 使用 jstack 命令获取线程堆栈信息

jstack 命令用于生成 Java 虚拟机当前时刻的线程快照，通过分析快照可以了解线程的运行状态、是否阻塞等信息。基本语法：

jstack <进程PID> > thread_dump.txt

该命令会将线程堆栈信息输出到thread_dump.txt文件中。

为了更精准地定位高 CPU 线程，可结合线程的十六进制 ID 在输出文件中查找对应的线程信息：

jstack <进程PID> | grep <十六进制线程ID> -A 30

其中-A 30表示显示匹配行及后面 30 行的内容。

三、jstack 命令详解

1. 常用参数

• -l：显示关于锁的附加信息，包括拥有的锁和等待的锁。

jstack -l <进程PID> > thread_dump_with_lock.txt

• -F：当正常输出请求不被响应时，强制输出线程堆栈。

jstack -F <进程PID> > forced_thread_dump.txt

• -m：混合输出 Java 线程和原生线程的堆栈信息，有助于排查原生代码问题。

jstack -m <进程PID> > mixed_thread_dump.txt

2. 线程状态解读

在 jstack 输出的线程堆栈信息中，线程状态是关键分析点：

• RUNNABLE：线程正在运行或就绪，若该状态的线程长期占用高 CPU，可能存在死循环或耗时计算。

• BLOCKED：线程处于阻塞状态，等待获取锁资源，过多此类线程可能存在锁竞争问题。

• WAITING：线程处于等待状态，通常是调用了wait()、join()等方法，需要其他线程唤醒。

• TIMED_WAITING：线程处于限时等待状态，如调用了sleep(long)、wait(long)等方法。

四、实战案例分析

假设通过上述步骤，发现一个线程长期处于RUNNABLE状态且 CPU 占用高，在thread_dump.txt中找到该线程的堆栈信息如下：

"Thread-0" prio=5 tid=0x00007f8b4a00a000 nid=0x4d2 runnable [0x00007f8b49f00000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
        at com.example.HighCpuDemo.infiniteLoop(HighCpuDemo.java:15)
        at com.example.HighCpuDemo.run(HighCpuDemo.java:10)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

从堆栈信息可知，线程Thread-0在HighCpuDemo.java的第 15 行执行infiniteLoop方法时处于运行状态，进一步查看代码发现该方法存在死循环，这就是导致 CPU 占用 100% 的原因。