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性能分析之CPU分析-從CPU呼叫高到具體代碼行(JAVA)

2021-06-17 06:24:05 後端開發

 

通常情況下,性能報告中只說CPU使用率高的時候,并不能幫助定位問題,因為CPU高會有多種不同的情況,CPU有五種狀態(us sy id wa st), 在vmstat中能顯示出來,這個想必很多人都清楚,在代碼消耗CPU的時候(這也是通常性能分析中會遇到的),是US狀態的CPU,當然還存在一種情況,就是代碼產生的系統呼叫特別高,這種情況下SY的CPU也會高(這種情況比較少見,在我的職業生涯中只見過一次),對于JAVA語言來說,我們不需要特別復雜的profile工具就可以做到定位到代碼, 

在寫具體的分析方法之前,需要說一下執行緒的狀態轉換關系,我們先來看一下系統級的執行緒狀態轉換關系,

通過這個轉換關系,可以看到,在執行緒產生之后,會先到ready的狀態,在這個狀態上是在等待CPU的,而在runing狀態才是真正在CPU上執行的,請注意這個區別,

而vmstat顯示的 r 列是包括了ready和running的執行緒(會因作業系統的不同有區別,但是對大部分linux系統都是這樣),請注意這一點,因為網上有很多在寫vmstat的解釋的時候,說 r 列是表示正在運行的行程數或者說 r 是表示正在運行的執行緒數,這一點是不對的,給大家看一個例子(這也是下面要說到的例子):

這是我的一個云服務器上正在運行的top,可以看到當前tasks(行程)中只有一個是running的狀態的,而這時的vmstat呢?

這個服務器只有兩個CPU,所以如果r是說正在運行的行程或執行緒數的話肯定是不正確的,因為兩個CPU同時運行的最多是兩個執行緒,

所以請記住,這個 r 值就包括了等待CPU的執行緒(也就是ready狀態的)和正在運行的執行緒(也就是running狀態的),

以后有時間再解釋其他系統級的執行緒狀態,可能有些人覺得其他狀態也沒什么好解釋的,但是在性能分析中,執行緒的狀態和一些性能計數器是有關聯關系的,比如說suspended狀態是CPU時間片用完導致暫時被換出;而blocked是因為要等待某個條件被滿足而阻塞;并且這兩種狀態都有可能導致CPU使用率高,在分析的程序中,這些資訊給我們的是一個方向,所以前面說到僅說CPU高不能幫助分析問題,因為CPU高有多種原因,

 

因為下面要說的是JAVA,所以來看一下JAVA的執行緒狀態轉換關系,

從這個圖中,我們可以看到JAVA的行程有多種狀態(具體狀態的解釋請自行搜索),怎么看到這些狀態都在干什么,就需要把堆疊打出來看,在堆疊中,可以看到具體對應的代碼(對其他編譯語言來說,要看看到正在運行的code也是要看堆疊的),另外,在性能分析中,堆疊的分析是非常重要的一塊內容,今天因為只是為了說明從CPU高怎么定位到代碼層,所以不過多解釋執行緒的狀態了,以后有時間再寫文章說明,

 

實體:

下面來操作一下,首先執行一個消耗CPU的JAVA實體(實體是7D Group成員所編,有興趣動手操作的可以到網上隨便找一個小例子或自己撰寫一個),查看vmstat的狀態,

從上圖可以看到左邊視窗在執行一個消耗CPU的Demo,而右邊的視窗看到當前系統的CPU已經完全被消耗掉了,行程號通過top命令就可以知道:

下面就要看一下這個行程中的哪些執行緒消耗了CPU,

通過pidstat可以看到(不好意思的是,pidstat的截圖被我覆寫掉了,又不想重新開始所以就不截圖啦),有10個執行緒消耗著CPU資源,我把命令放在這里,有興趣的可以自己操作,

pidstat -p 10846 -u -d -t -w -h 1 1000  

從上命令可以看到,有多個執行緒消耗著CPU,執行緒ID是:10861、10862、10863等等,

用jstack做一下thread dump, 

[root@7dgroup ~]# jstack -l 10846 > 10846.threaddump

再打開這個生成的檔案,

 

nid是指native ID,對應著系統級的tid,只不過TID顯示的是10行程的,NID顯示的是16進制的,

我們轉換一個執行緒號來查找,

[root@7dgroup ~]# printf %x'\n' 10861

2a6d

再對應到threaddump檔案中,

顯然可以去查這個CPUTestThreadDemo.java的第13行了,

 

從這個例子可以看出,對java的代碼消耗CPU高的分析只需要通過系統級的命令和JDK自帶的命令就可以完成了,因為這個例子非常簡單,步驟比較清楚,但在實際分析代碼眾多,邏輯復雜的應用,有可能你看到的是CPU在執行緒上的消耗是在不停的切換的,所以就需要多做些thread dump,一個個分析,當然借助些工具分析,通常可以讓我們在分析復雜的應用時事半功倍,

這里只說明一個思路,

 

對JAVA的分析來說,已經有非常多的人寫了非常多的文章了,我之所以寫這個文章,是為了讓文章能更系列一些,

 

  •      
 

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