while循环导致CPU暴涨问题的优化实践

最近，我收到TL分配的新任务，维护之前的新应用程序。在开发新需求的同时，难免要检查之前代码中埋下的一些坑。前不久，在线环境服务出现了CPU高的情况。下面我们就来看看如何分析和解决CPU高的问题。

优化流程背景

注：由于是公司线上业务，这里的业务描述和代码已经脱敏。

网上出现了服务CPU占用率过高的问题，于是小峰使用top命令定位到CPU比较高的进程ID，结合命令，导出了CPU高的进程的线程信息，并定位到问题代码（线上问题如何排查不是本文的重点，这里简单提一下，后面会专门写一篇文章来详细阐述）。

首先说一下商业背景。本题代码是从MQ获取信息并放入队列中进行缓存。通过单独的线程从队列中获取数据后，进行业务处理。小风发现，这段代码使用了一个while循环，不断从队列中获取数据，判断提取的map是否为空，如果为空则进行后续的业务处理，如果为空则继续获取数据。表面上看，似乎没有什么问题。但小峰发现有数据就可以了。反正业务是不断执行的，但是如果队列中没有数据，由于程序在while循环中不断执行判断，说明CPU在空闲。那么如何解决问题呢？

本地测试时while循环未运行时的CPU利用率：

win10cpu占用率高_cpu占用率高_system磁盘占用率高

本地测试期间运行 while 循环后的 CPU 利用率：

cpu占用率高_system磁盘占用率高_win10cpu占用率高

优化思路

这段代码的问题在于，当队列中没有数据时，继续获取并执行判断，浪费了计算机的CPU资源。这时，小枫灵光一闪。他前段时间不是看过源码吗？里面的take方法是在队列没有数据的时候阻塞，避免不断循环判断。当队列中有数据时，会在阻塞之前被唤醒。该线程执行后续的数据采集。那么这里，我们是否可以借鉴take方法的思想，使用阻塞-唤醒的方式来解决while循环空转的问题呢？想到这里，小枫有些兴奋，仿佛看到了曙光，她立即搓着手，准备开始编码测试。

优化实施

原始的 while 循环代码如下所示：


public static class TakeDataThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //循环获取数据
        while(true) {
            Map map = QueueData.getRecordList(1,2L);
            //如果map一直为空，则一直获取判断，造成CPU空转
            if (CollectionUtils.isEmpty(map)) {
                System.out.println("continue");
                continue;
            }
            System.out.println("next step");
        }
    }
}
public static class QueueData {
private static volatile LinkedBlockingQueue recordInfoQueue;
    public static Map getRecordList(int size, Long timeout) {
        if(Objects.isNull(recordInfoQueue)) {
            return Collections.emptyMap();
        }
        return recordInfoQueue.poll();
}
}

优化实施

1.方法中添加阻塞处理，当队列为空且获取到的map为空时阻塞。


public static class QueueData {
    
    private static volatile LinkedBlockingQueue recordInfoQueue;
    private final static ReentrantLock handleLock = new ReentrantLock();
    private final static Condition notEmpty = handleLock.newCondition();
    ...
    public static Map getRecordList(int size, Long timeout) {
        Map map = null;
        try {
            handleLock.lockInterruptibly();
            //队列为空进行阻塞
            while (recordInfoQueue == null || CollectionUtils.isEmpty(recordInfoQueue.poll())) {
                notEmpty.await();
            }
        }catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally {
            handleLock.unlock();
        }
        return map;
    }
    
    ...
    
 }

2.当队列初始化并且数据缓存在网络队列中时执行线程唤醒。

public static class QueueData {
    
    ...
    
    public static void putRecord(Map alarmVo) throws InterruptedException {
        if (recordInfoQueue == null) {
            synchronized (QueueData.class) {
                if(recordInfoQueue == null){
                    recordInfoQueue = new LinkedBlockingQueue(10000);
                }
            }
        }
        recordInfoQueue.put(alarmVo);
        //队列创建以及缓存数据的时候，唤醒线程
        signalNotEmpty();
}
private static void signalNotEmpty() {
    final ReentrantLock takeLock = QueueData.handleLock;
    takeLock.lock();
    try {
        notEmpty.signal();
    } finally {
        takeLock.unlock();
    }
}
...
}

调试代码

本地代码调试：


public class TestMain {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
    System.out.println("--------takeDataThread start------");
    TakeDataThread takeDataThread = new TakeDataThread();
    takeDataThread.start();
    System.out.println("--------takeDataThread end------");
    System.out.println("--------dataNotifyThread start------");
    DataNotifyThread  dataNotifyThread = new DataNotifyThread(0);
    dataNotifyThread.start();
    System.out.println("--------dataNotifyThread end------");
    System.out.println("--------dataNotifyThread2 start------");
    DataNotifyThread  dataNotifyThread2 = new DataNotifyThread(1);
    dataNotifyThread2.start();
    System.out.println("--------dataNotifyThread2 end------");
}
...
}

启动在main主线程中执行

cpu占用率高_system磁盘占用率高_win10cpu占用率高