java程序CPU使用率高可能的原因

1. 前言

在Java并发编程方面，如何在多线程环境中设置合理的线程数，那我们需要了解两个概念：

计算密集型
要进行大量的计算、逻辑判断等操作，消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等，全靠CPU的运算能力。
这种计算密集型任务虽然也可以用多任务完成，但是任务越多，花在任务切换的时间就越多，CPU执行任务的效率就越低，所以，要最高效地利用CPU，计算密集型任务同时进行的数量应当等于CPU的核心数，我们设置线程数一般是：计算机核数n+1。

计算密集型任务由于主要消耗CPU资源，因此，代码运行效率至关重要。Python这样的脚本语言运行效率很低，完全不适合计算密集型任务。对于计算密集型任务，最好用C语言编写。

IO密集型
涉及到网络、磁盘IO的任务都是IO密集型任务，这类任务的特点是CPU消耗很少，任务的大部分时间都在等待IO操作完成（因为IO的速度远远低于CPU和内存的速度）。一旦发生IO，线程就会处于等待状态，当IO结束，数据准备好后，线程才会继续执行。.对于IO密集型任务，任务越多，CPU效率越高，但也有一个限度。常见的大部分任务都是IO密集型任务，比如Web应用。

IO密集型任务执行期间，99%的时间都花在IO上，花在CPU上的时间很少，因此，用运行速度极快的C语言替换用Python这样运行速度极低的脚本语言，完全无法提升运行效率。对于IO密集型任务，最合适的语言就是开发效率最高（代码量最少）的语言，脚本语言是首选，C语言最差。

2. 常见问题

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。整编：微信公众号，搜云库技术团队，ID：souyunku

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。

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。

   我遇到过这样一种情况：系统线程的数量是1000+，其中超过900个线程处于BLOCKED和WAITING状态。该线程占用很少的CPU。

   但是大多数情况下，如果线程数很大，那么常见的原因是大量线程处于BLOCKED和WAITING状态。

4. 对于CPU占用率高的应用程序，线程数是否较大？
   不是

   高CPU使用率的关键因素是计算密集型操作。如果一个线程中有大量计算，则CPU使用率也可能很高。这也是数据脚本任务需要在大规模集群上运行的原因。

5. 处于BLOCKED状态的线程是否会导致CPU占用率飙升？
   不会

   CPU使用率的飙升更多是由于上下文切换或过多的可运行状态线程。处于阻塞状态的线程不一定会导致CPU使用率上升。

6. 如果分时操作系统中CPU的值 us或 sy值很高，这意味着什么？
   您可以使用命令查找CPU的值 us和 sy值 top，如以下示例所示：
   
   us：用户空间占用CPU的百分比。简单来说，高我们是由程序引起的。通过分析线程堆栈很容易找到有问题的线程。

   sy：内核空间占用CPU的百分比。当sy为高时，如果它是由程序引起的，那么它基本上是由于线程上下文切换。

参考

1. https://blog.csdn.net/weixin_41806118/article/details/97680672
2. 这六种原因，真能让 Java 应用 CPU 使用率飙升至 100% 吗？