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[Java实战]Spring Boot服务CPU 100%问题排查：从定位到解决

news 2025/3/17 14:58:10

Spring Boot服务CPU 100%问题排查：从定位到解决

1. 引言

当Spring Boot服务出现CPU占用率100%时，系统性能会急剧下降，甚至导致服务不可用。本文将通过真实代码案例，详细讲解如何快速定位问题根源，并提供解决方案。无论是死循环、线程阻塞还是资源泄漏，本文帮你一网打尽！

2. 问题现象

服务器CPU使用率持续100%
接口响应时间变长或超时
通过监控工具（如Grafana、Arthas）发现异常线程

3. 排查步骤

3.1 编写测试代码

在这里插入图片描述

3.2 运行代码效果

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3.3 定位高CPU进程

使用top命令快速找到占用CPU最高的Java进程：

top -c   # 显示完整命令，找到PID

终端输入命令：top -c，找到高cpu进程PID:420364

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3.4 定位高CPU线程

通过top -Hp <PID>查看进程内线程的CPU使用情况，记录线程ID（需转换为十六进制）：

#查找进程中的线程
top -Hp <PID>top -Hp 420364# 假设线程ID为433127 → 69be7 输出为16进制printf "%x\n" 433127 [root@localhost java]# printf "%x\n" 433127 
69be7

终端输入命令：top -Hp 420364，定位高cpu线程：433127

线程ID转换为16进制：69be7

生成堆栈信息：jstack 420364 > stack.log 生成时PID:420364

通过堆栈信息分析：grep -A 20 ‘nid=0x69be7’ stack.log nid=0x69be7为线程id

根据信息对比原代码可找到问题

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3.5分析线程堆栈

使用jstack捕获线程堆栈并分析：

#生成线程堆栈
jstack <PID> > stack.logjstack 420364 > stack.log# 搜索特定线程
grep -A 20 'nid=0x69be7' stack.log

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排查结果及源代码问题对比：类32行运行结果导致cpu 100%

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3.5 Arthas 工具定位

以上是根据Java自带的jstack 工具定位， Arthas 工具也能定位排查。定位思路和上面步骤一致

#安装下载启动
curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jarjava -jar arthas-boot.jar

启动选择需要定位项目：2

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直接输入查看高cpu线程： thread

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查看堆栈信息找到代码问题： thread 29 （线程ID)

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如果想看实时面板信息： dashboard

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4. 常见原因与代码示例

4.1 死循环（While循环未正确退出）

问题代码：

@Service
public class CpuProblemController {public void deadLoop() {while (true) {  // 无条件退出，导致死循环// 业务逻辑（如未正确更新循环条件）}}
}

解决方案：

@Service
public class CpuProblemController {private volatile boolean running = true;  // 添加退出标志public void deadLoop() {while (running) {  // 通过控制running变量退出循环// 业务逻辑}}@PreDestroypublic void stop() {running = false;  // 服务关闭时触发退出}
}

测试完整类：

package com.example.controller;import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import javax.annotation.PreDestroy;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;@RestController
@RequestMapping("/pro")
public class CpuProblemController {// 添加退出标志private volatile boolean running = true;// 创建线程池private final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());/*** 死循环：模拟 CPU 占满*/@PostMapping("/deadLoop")public void deadLoop() {// 启动多个线程，每个线程执行死循环for (int i = 0; i < Runtime.getRuntime().availableProcessors(); i++) {executorService.submit(() -> {while (running) {// 死循环，模拟高 CPU 使用率System.out.println("=======死循环=========");// 加入计算密集型任务for (int j = 0; j < 1000000; j++) {Math.sin(j); // 计算密集型操作}}});}}@PreDestroypublic void stop() {// 服务关闭时触发退出running = false;executorService.shutdownNow(); // 关闭线程池}
}

4.2 不合理递归（栈溢出与CPU飙升）

问题代码：

public class RecursionController {public int faultyRecursion(int n) {return n + faultyRecursion(n - 1);  // 无终止条件 → 无限递归}
}

解决方案：

public class RecursionController {public int safeRecursion(int n) {if (n <= 0) {  // 添加递归终止条件return 0;}return n + safeRecursion(n - 1);}
}

4.3 线程池未正确关闭（资源泄漏）

问题代码：

@RestController
public class ThreadController {private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);@GetMapping("/task")public String submitTask() {executor.submit(() -> {while (true) {  // 线程池任务未终止// 长时间运行的任务}});return "Task submitted!";}// 未重写destroy方法关闭线程池 → 线程泄漏
}

解决方案：

@RestController
public class ThreadController {private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);@GetMapping("/task")public String submitTask() {executor.submit(() -> {while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {  // 检查中断状态// 可中断的任务逻辑}});return "Task submitted!";}@PreDestroypublic void shutdown() {executor.shutdownNow();  // 服务关闭时终止线程池}
}

4.4 锁竞争（线程阻塞与自旋）

问题代码：

public class LockCompetitionController {private final Object lock = new Object();public void highCpuMethod() {synchronized (lock) {// 长时间持有锁（如复杂计算或IO操作）try {Thread.sleep(10000);  // 模拟耗时操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

解决方案：

public class LockCompetitionDemo {private final Object lock = new Object();public void optimizedMethod() {// 缩小锁范围，只锁必要部分heavyCalculation();  // 将非线程安全操作移到锁外synchronized (lock) {// 仅保护共享资源}}private void heavyCalculation() {// 复杂计算逻辑}
}

4.5 频繁GC（内存泄漏导致CPU飙升）

问题代码：

public class MemoryLeakDemo {private static List<byte[]> cache = new ArrayList<>();@GetMapping("/leak")public void leakMemory() {while (true) {cache.add(new byte[1024 * 1024]);  // 不断添加数据 → 触发Full GC}}
}

解决方案：

public class MemoryLeakDemo {private static final int MAX_CACHE_SIZE = 100;private static List<byte[]> cache = new ArrayList<>();@GetMapping("/safe")public void safeMethod() {if (cache.size() >= MAX_CACHE_SIZE) {cache.clear();  // 定期清理缓存}cache.add(new byte[1024 * 1024]);}
}