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在生产环境中，Linux服务器的CPU负载突然飙升至100%并持续不下，这无疑是运维和开发人员的噩梦。CPU的持续高负载会严重影响业务系统的正常运行，甚至可能导致服务中断，造成不可估量的损失。因此，快速定位和解决这个问题至关重要。本文将结合Java应用的特点，为大家分享一套实用的排查思路和解决方法。
一、CPU占用率高的可能原因
在深入排查之前，我们先来了解一下可能导致CPU占用率高的几个常见原因：
用户空间进程占用过高：当某个或多个用户空间进程的CPU占用比例持续超过65-70%时，可能意味着这些进程在消耗大量CPU资源。
内核空间占用过高：内核空间（系统）的CPU占用比例超过30-35%可能意味着系统内核在处理大量请求或存在某些内核级的问题。
频繁的上下文切换：上下文切换过多也会导致CPU利用率上升，因为每次切换都需要消耗CPU资源。
运行队列过长：每个CPU核心中的运行队列中等待的进程数不应超过3个。如果超出这个范围，可能意味着系统资源不足或调度策略存在问题。
内存不足导致的换页操作：当系统内存不足时，kswapd0进程会频繁进行换页操作，这会消耗大量CPU资源。
二、Java应用排查实战
针对Java应用的特点，我们可以按照以下步骤进行排查：
步骤一：定位高CPU占用的进程
使用top命令按CPU排序，找到占用CPU过高的Java进程。在top命令的输出中，重点关注PID（进程ID）、USER（进程所有者）、PR（进程优先级）、NI（nice值）、VIRT（虚拟内存使用量）、RES（物理内存使用量）、SHR（共享内存大小）、S（进程状态）、%CPU（占用的CPU使用率）和%MEM（占用的内存使用率）等列。
步骤二：定位高CPU占用的线程
使用top -H -p [进程id]命令找到该Java进程中消耗资源最高的线程。这里的-H选项表示显示线程视图，-p选项后面跟的是要监控的进程的PID。
步骤三：获取线程的堆栈信息
将线程ID转换为16进制，使用printf "%x\n" [线程id]命令进行转换。然后，使用jstack [进程id] | grep -A 10 [线程id的16进制]命令查看线程的堆栈信息。这里的jstack是Java虚拟机自带的一款堆栈跟踪工具，可以生成Java线程的堆栈跟踪信息。通过这个命令，我们可以找到线程当前正在执行的代码位置，从而定位问题。
需要注意的是，这一步通常需要与Java开发人员一起排查，因为堆栈信息中可能包含大量的业务代码和框架代码，需要有一定的业务知识和框架知识才能准确理解。
三、系统级问题排查
除了针对Java应用的排查外，我们还需要关注系统级的问题。以下是一些建议的排查方法：
使用vmstat、iostat等工具检查系统的I/O、内存、CPU使用情况。这些工具可以提供系统的整体性能数据，帮助我们了解系统的负载情况。
检查系统的网络状况，使用netstat、ss等工具查看网络连接和状态。网络问题也可能导致CPU占用率上升，因此需要关注网络层面的性能数据。
分析系统日志，如/var/log/messages、/var/log/syslog等，查找可能的错误或警告信息。系统日志中可能记录了导致CPU占用率上升的原因或相关错误信息。
使用perf、dstat等高级性能分析工具进行深入排查。这些工具可以提供更详细的性能数据和分析结果，帮助我们更准确地定位问题。
四、内存不足导致的换页问题排查
如果确定是内存不足导致的换页问题，可以按照以下步骤进行排查：
使用free命令查看系统内存使用情况。重点关注Mem行中的total（总内存）、used（已使用内存）、free（空闲内存）、buffers（缓冲内存）和cached（缓存内存）等列。
使用ps命令结合选项查看进程的内存占用情况。可以使用ps aux --sort=-%mem命令按内存占用率降序排列进程列表。
如果确定是内存不足导致的换页问题，考虑增加物理内存、优化程序内存使用或调整系统内存管理参数。例如，可以尝试调整vm.swappiness参数来降低系统对交换分区的依赖程度。
五、总结
CPU占用率高是一个复杂的问题，可能涉及多个层面和因素。在排查过程中，需要综合运用多种工具和方法，从多个角度进行分析和定位。针对Java应用的特点，我们可以使用top、jstack等工具进行快速定位；同时，还需要关注系统级的问题和网络层面的性能数据；最后，如果是内存不足导致的换页问题，还需要对内存使用情况进行深入排查和优化。希望本文能对大家有所帮助！
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