Java多线程导致CPU占用100%解决及线程池正确关闭方式

Java多线程是一种强大的工具，在程序执行效率方面可以发挥非常大的作用，但如果不注意编程规范或不恰当地使用多线程的话，可能会出现CPU占用率过高的问题。本文将介绍如何解决因Java多线程导致CPU占用率过高的问题，并附带两条示例说明。

问题背景

Java通过JUC(Java Util Concurrent)提供了许多多线程编程的工具，使得Java 开发人员可以轻松地使用多线程完成各种任务。但是，如果在使用多线程的过程中，没有合理控制线程的数量和资源的使用，就可能会导致CPU利用率100%的问题。当我们遇到CPU利用率高达100%的问题时，首先需要确定是否是多线程的问题。可以通过使用操作系统的任务管理器来检查CPU利用率的具体情况。如果发现某个Java进程的CPU利用率高达100%，就需要采取一些措施来解决这个问题。

解决步骤

第一步：诊断问题

首先，需要确定是哪些线程导致了CPU占用率过高的问题。可以使用JDK自带的工具jstack来分析线程堆栈情况。jstack能够打印出Java虚拟机中各个线程的堆栈信息，从而帮助我们查找具体的问题。

第二步：使用线程池进行控制和管理

Java提供了线程池来管理线程的执行，通过合理地使用线程池可以避免创建过多的线程。线程池可以有效的管理线程，并且可以通过线程池来控制线程的数量、优先级和执行策略等，使得线程能够更好的利用系统资源，从而避免CPU利用率高的问题。

第三步：优雅地关闭线程池

线程池在使用完成之后，需要优雅地关闭线程池，否则可能会出现线程被剥夺的情况。线程池的关闭方法应该使用shutdown()和shutdownNow()方法。这两个方法都是通过排队方式请求线程池中的线程停止运行，以达到平滑关闭线程的效果。

示例1

以下是一个错误的线程池使用示例:

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 1000; i++){
    service.execute(() -> {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
}
service.shutdown();

在该示例中，我们创建了一个固定大小的线程池，但是却提交了1000个任务，这会让线程池中的线程数量大于其承载量，因此会导致线程过多，CPU使用率过高。解决这个问题的方法是修改线程池的大小，或者使用无界队列。

示例2

以下是一个正确使用线程池的示例：

ThreadFactory factory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("default-thread-%d").build();
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(1, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1024), factory );
for (int i = 0; i < 1000; i++){
    executor.execute(() -> {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
}
executor.shutdown();

在该示例中，采用线程池控制线程数量和使用了可配置的线程工厂来创建线程。而且使用了有界队列，防止线程池提交任务过多而导致CPU占用率过高的问题。最后的线程池关闭是采用了优雅关闭的方式，确保线程被完成地执行完成。

通过合理使用线程池以及优雅处理线程池的关闭方式，避免无限创建线程，保证合适数量的线程，并未CPU占用较高的问题提供了有效的解决思路。