看过来！揭秘Emqx过高CPU消耗的原因及应对策略

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一、高CPU占用

一个应用占用 CPU很高，除了确实是计算密集型应用之外，通常原因都是出现了死循环。以我们最近出现的一个实际故障为例，介绍怎么定位和解决这类问题。

根据 top 命令，发现 PID 为 28555 的 进程占用 CPU 高达 200% ，出现故障。

通过 ps aux | grep PID 命令，可以进一步确定是 tomcat 进程出现了问题。但是，怎么定位到具体线程或者代码呢？

1、首先显示线程列表 :

ps -mp pid -o THREAD,tid,time

找到了耗时最高的线程 28802 ，占用 CPU 时间快两个小时了！

2、其次将需要的线程 ID 转换为 16 进制格式：

printf "%x\n" tid

3、最后打印线程的堆栈信息：

jstack pid |grep tid -A 30

找到出现问题的代码了！

现在来分析下具体的代码： ShortSocketIO.readBytes(ShortSocketIO.java:106)

ShortSocketIO 是应用封装的一个用短连接 Socket 通信的工具类。 readBytes 函数的代码如下：

public byte[] readBytes(int length) throws IOException {

if ((this.socket == null) || (!this.socket.isConnected())) {

throw new IOException("++++ attempting to read from closed socket");

}4

byte[] result = null;

ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();

if (this.recIndex >= length) {

bos.write(this.recBuf, 0, length);

byte[] newBuf = new byte[this.recBufSize];

if (this.recIndex > length) {

System.arraycopy(this.recBuf, length, newBuf, 0, this.recIndex - length);

}

this.recBuf = newBuf;

this.recIndex -= length;

} else {

int totalread = length;

if (this.recIndex > 0) {

totalread -= this.recIndex;

bos.write(this.recBuf, 0, this.recIndex);

this.recBuf = new byte[this.recBufSize];

this.recIndex = 0;

}

int readCount = 0;

while (totalread > 0) {

if ((readCount = this.in.read(this.recBuf)) > 0) {

if (totalread > readCount) {

bos.write(this.recBuf, 0, readCount);

this.recBuf = new byte[this.recBufSize];

this.recIndex = 0;

} else {

bos.write(this.recBuf, 0, totalread);

byte[] newBuf = new byte[this.recBufSize];

System.arraycopy(this.recBuf, totalread, newBuf, 0, readCount - totalread);

this.recBuf = newBuf;

this.recIndex = (readCount - totalread);

}

totalread -= readCount;

}

}

}

问题就出在标红的代码部分。如果 this.in.read() 返回的数据小于等于 0 时，循环就一直进行下去了。而这种情况在网络拥塞的时候是可能发生的。

至于具体怎么修改就看业务逻辑应该怎么对待这种特殊情况了。

4、最后，总结下排查 CPU 故障的方法和技巧有哪些：

a、 top 命令： 命令。可以查看实时的 CPU 使用情况。也可以查看最近一段时间的 CPU 使用情况。

b、 PS 命令： 命令。强大的进程状态监控命令。可以查看进程以及进程中线程的当前 CPU 使用情况。属于当前状态的采样数据。

c、 jstack ： Java 提供的命令。可以查看某个进程的当前线程栈运行情况。根据这个命令的输出可以定位某个进程的所有线程的当前运行状态、运行代码，以及是否死锁等等。

d、 pstack ： Linux 命令。可以查看某个进程的当前线程栈运行情况。

二、高内存占用

搞Java 开发的，经常会碰到下面两种异常：

a、 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

b、 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

要详细解释这两种异常，需要简单重提下 Java 内存区域划分。

在 Java 虚拟机中，内存分为三个代：新生代（ New ）、老生代（ Old ）、永久代（ Perm ）。

（ 1 ）新生代 New ：新建的对象都存放这里

（ 2 ）老生代 Old ：存放从新生代 New 中迁移过来的生命周期较久的对象。新生代 New 和老生代 Old 共同组成了堆内存。

（ 3 ）永久代 Perm ：是非堆内存的组成部分。主要存放加载的 Class 类级对象如 class 本身， method ， field 等等。

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 异常，说明 Java 虚拟机的堆内存不够。原因有二：

（ 1 ） Java 虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数 -Xms 、 -Xmx 来调整。

（ 2 ）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space ，说明是 Java 虚拟机对永久代 Perm 内存设置不够。

一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方 jar 包。例如：在一个 Tomcat 下部署了太多的应用。

从代码的角度，软件开发人员主要关注 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 异常，减少不必要的对象创建，同时避免内存泄漏。

现在以一个实际的例子分析内存占用的故障排查。

通过 top 命令，发现 PID 为 9004 的 Java 进程一直占用比较高的内存不释放（ 24.7% ），出现高内存占用的故障。

然后使用ps 命令 ps -mp 9004 -o THREAD,tid,time,rss,size,%mem ，看能否查看进程下线程的内存占用情况（显然根据理论知识是不可以的：进程是资源分配的最小单元，线程之间公用进程的内存）

显然对于这种情况可以使用Java自身提供的内存监控工具：jmap（参见： ）

通过 jmap -histo:live [pid] 命令 可以查看进程下内存使用情况

从上图可以看出， int 数组、 constMethodKlass 、 methodKlass 、 constantPoolKlass 都占用了大量的内存。

特别是占用了大量内存的 int 数组，需要仔细检查相关代码。

最后，总结下排查内存故障的方法和技巧有哪些：

a、 top 命令： Linux 命令。可以查看实时的内存使用情况。

b、 jmap -histo:live [pid] ，然后分析具体的对象数目和占用内存大小，从而定位代码。

c、 jmap -dump:live,format=b,file=xxx.xxx [pid] ，然后利用 MAT 工具分析是否存在内存泄漏等等。