java优化之查找CPU瓶颈

分析cpu使用率

使用top、或pidstat命令查看进程的cpu使用情况。

1）top的详细使用请参阅： http://my.oschina.net/xiaoqqq/blog/384482

PID为进程id， %CPU为进程消耗的cpu百分比， 默认是按照百分比降序排列的。

2）pidstat是sysstat中的命令， 使用之前需要先安装sysstat， yum install sysstat安装即可。

安装完成后输入pidstat 2 2， 表示每个2秒输出一次进程信息， 一共输出2次， 显示如下：

其中cpu列表示该进程占用的cpu数量。

如果要查看某一进程的cpu使用信息， 则使用pidstat -p pid -t period count 命令查看。

如pidstat -p 1642 -t 2 2显示如下信息：

、

其中TGID表示进程id， tid表示线程id， %system表示cpu利用率， %CPU表示该进程的cpu使用百分比。 %system这个在top命令中是查看不到的。

3） vmstat查看cpu、内存、io采样数据。

输入 vmstat 1 2 可获得如下显示信息：

一般命令格式为 vmstat 采样时间间隔  [采样次数]

输出内容含义如下：

r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU)，我测试的服务器目前CPU比较空闲，没什么程序在跑，当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈 了。这个也和top的负载有关系，一般负载超过了3就比较高，超过了5就高，超过了10就不正常了，服务器的状态很危险。top的负载类似每秒的运行队 列。如果运行队列过大，表示你的CPU很繁忙，一般会造成CPU使用率很高。

b 表示阻塞的进程,这个不多说，进程阻塞，大家懂的。

swpd 虚拟内存已使用的大小，如果大于0，表示你的机器物理内存不足了，如果不是程序内存泄露的原因，那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。

free   空闲的物理内存的大小，我的机器内存总共8G，剩余3415M。

buff   Linux/Unix系统是用来存储，目录里面有什么内容，权限等的缓存，我本机大概占用300多M

cache cache直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲，我本机大概占用300多M(这里是Linux/Unix的聪明之处，把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存，是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。)

si  每秒从磁盘读入虚拟内存的大小，如果这个值大于0，表示物理内存不够用或者内存泄露了，要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕，一切正常。

so  每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果这个值大于0，同上。

bi  块设备每秒接收的块数量，这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备，默认块大小是1024byte，我本机上没什么IO操作，所以一直是0，但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到140000/s，磁盘写入速度差不多140M每秒

bo 块设备每秒发送的块数量，例如我们读取文件，bo就要大于0。bi和bo一般都要接近0，不然就是IO过于频繁，需要调整。

in 每秒CPU的中断次数，包括时间中断

cs 每秒上下文切换次数，例如我们调用系统函数，就要进行上下文切换，线程的切换，也要进程上下文切换，这个值要越小越好，太大了，要考虑调低线程或者进程的 数目,例如在apache和nginx这种web服务器中，我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试，选择web服务器的进程可以由进程或 者线程的峰值一直下调，压测，直到cs到一个比较小的值，这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是，每次调用系统函数，我们的代码就会进入内核 空间，导致上下文切换，这个是很耗资源，也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的CPU大部分浪费在上下文切换，导致CPU干正经事的 时间少了，CPU没有充分利用，是不可取的。

us 用户CPU时间，我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上，可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试，性能表现不佳)。

sy 系统CPU时间，如果太高，表示系统调用时间长，例如是IO操作频繁。

id  空闲 CPU时间，一般来说，id + us + sy = 100,一般我认为id是空闲CPU使用率，us是用户CPU使用率，sy是系统CPU使用率。

wt 等待IO CPU时间。

4） ps查看进程、线程信息， 具体不再描述。

5）sar查看历史进程信息。

我们使用top命令分析， 可以发现CPU使用率过高主要体现在us、sy、wa、hi。其中wa的值是受IO等待影响的， IO等待时间越长，wa的值越高， hi的值受硬件中断影响， 主要包括磁盘读写、网卡收发数据等， 对于java程序来说， 分析uy、sy就够了。

1) us表示的意思是用户空间占用cpu百分比， 他的值过高， 就说明是应用程序消耗了过多的cpu资源， 对于java应用来说主要是因为线程一直在循环操作、正则匹配、者大量的计算，或者频繁的GC。加入客户端的每次请求， 服务端都要分配较多的内存， 那么请求量大的时候就会导致不断的GC， 影响系统性能， 进而造成请求堆积，消耗更多内存， 反复如此， 进入恶性循环中。 对于前几种情况， 就要我们找到消耗cpu的线程， 分析对应的代码， 找到影响性能的部分， 来解决问题， 对于频繁GC的问题， 就要通过分析jvm来查找原因， 随后我会写一篇针对jvm内存分析的文章来进行详解。

查找消耗CPU线程的方法kill -3 pid或者jstack pid导出线程信息， 然后将pid转化为16进制， 在导出的线程信息中找到即可。（当jvm实例挂起后， kill -3是无法导出线程信息的）

2）sy值过高说明linux系统cpu耗费很多资源来进行线程切换， 对于java进程来说就是启动了过多的线程，且线程不断的阻塞或者状态不断变化， 这就导致操作系统要不断的切换线程。分析的时候通过kill -3或者jstack导出线程信息， 查看线程信息、锁信息， 分析解决问题。