为啥运行单线程 Java 程序会导致许多内核处于活动状态？

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥运行单线程 Java 程序会导致许多内核处于活动状态？

【英文标题】：Why does running a single threaded Java program result in many cores active?为什么运行单线程 Java 程序会导致许多内核处于活动状态？

【发布时间】：2021-10-05 18:26:33

【问题描述】：

我正在对从Object 转换为数据类型的总延迟进行基准测试。但是我遇到了一个非常奇怪的 Java 集合行为，在本例中是 List。

List<Long> data = new ArrayList<>();
int SIZE = 50_000_000;

long currentTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < SIZE; i++) 
    data.add(currentTime++);

在我的 Intel i5 8250u（4 核）上运行上述代码时，CPU 利用率在 IntelliJ Idea 上运行时为 100%。所以我认为这可能是因为 IntelliJ，因此我将代码移动到具有 20 个内核的 Azure VM（运行 CentOS 7.4），令我惊讶的是，这段代码最终消耗了 1500% CPU（结果来自top 命令）是 15 核。

我无法理解的是：单线程 Java 程序代码如何消耗超过 1 个内核？

编辑：

复制步骤：

运行上面的代码。

机器配置：

笔记本电脑：4 核 16Gb RAM，Oracle Java 1.8_161

Azure 虚拟机：20 核 148GB RAM，Oracle Java 1.8_161

笔记本电脑上 JVisualVM 的输出：

【问题讨论】：

因为 JVM 本身在实际 Java 代码之外还有一些工作要做（包括垃圾收集和 JIT 编译热循环），但其中一些开销可以并行化。当 ArrayList 必须重新分配时，甚至可能并行化 memcpy。

但是考虑到代码的简单性，1500% 已经很多了。

是的，15 核是我所期望的更多线程级并行性，对 JVM 进行分析并查看它在哪里花费了所有 CPU 时间可能会很有趣。 （例如perf record / perf report）。 JVM 本身是提前编译的，并且对于分析工具来说处理起来相对简单，除了它的 JIT 编译的客户代码块。

我想也许你得到了反对票，因为它提出了一个复杂的问题，但它没有足够的细节来真正调查这个问题。您必须描述更多关于如何完成测量、测量记录以及可用于重现它们的命令。

你在 CentOS 系统上使用的是什么 JVM？它与您的桌面不同吗？

【参考方案1】：

你的测试除了分配内存什么都不做。因此它很快耗尽了初始堆内存，导致 Full GC 运行。然后堆增加，但又很快被填满，导致另一个 Full GC，等等。

$ java -XX:+PrintGC Test
[GC (Allocation Failure)  27648K->20757K(104448K), 0.0296779 secs]
[GC (Allocation Failure)  48405K->40538K(132096K), 0.0293287 secs]
[GC (Allocation Failure)  83084K->82453K(138752K), 0.0615143 secs]
[Full GC (Ergonomics)  82453K->75113K(225792K), 0.5392036 secs]
[GC (Allocation Failure)  124981K->139346K(254464K), 0.0563272 secs]
[Full GC (Ergonomics)  139346K->112504K(353792K), 0.5240216 secs]
[GC (Allocation Failure)  185709K->208841K(380416K), 0.0864858 secs]
[Full GC (Ergonomics)  208841K->168513K(512512K), 0.9035611 secs]
...

因此，您观察到的是一系列较长的 Full GC 周期。 JDK 8 中默认的垃圾收集器是 Parallel，并行 GC 线程的数量等于 CPU 的数量。

如果您在线程模式 (-t) 下运行 async-profiler，您会发现几乎所有 CPU 时间都花在了多线程中运行垃圾回收上。

【讨论】：

哇。我很惊讶。太感谢了。我尝试提供更大的初始堆内存，但没有看到这种行为。