分布式技术问题探讨

量子计算9

一：发现CPU 100%,如何排查？写出排查思路与步骤

排查思路：

根据经验首先分析出容易导致CPU飙升到100%的场景都有哪些？包括死循环、频繁的full gc、死锁等情况。排查思路是根据线上日志，找到对应的源码，再结合线程堆栈、堆dump文件等分析出原因。

排查步骤：

1 首先查看CPU占用100%的进程号PID，可以通过TOP等命令查看；

2 通过命令查看对应进程下线程的状态，比如top -H -n 1 -p PID；

3 导出进程的线程文件，比如通过jstack -l PID > ./jstack.log

4 查看jstack.log文件查看线程详情，比如看到代码行数。通过grep tid，其中需注意tid是16进制格式。排查问题是否是由线程死锁等情况导致。

5 同时可以通过jmap工具dump出堆内存快照，分析是否是频繁full gc的原因。在k8s容器环境中可考虑借助arthas等开源工具帮助分析。

二：如何设计一个高可用的架构

首先可以把架构简化成接入层、应用层、数据层3层。而在架构领域针对高可用设计常用的方案有主从复制、分布式一致性、单元化设计等。

1 接入层：包括负载均衡如GSLB、流量网关ngnix、业务网关spring cloud gateway等。可以通过集群化部署来保证高可用，同时通过raft等算法来保证集群的强一致性。

2 应用层：包括注册中心、RPC服务依赖、无状态服务等。其中应用层通过多种技术手段比如幂等设计、无状态设计、熔断降级、异步通知、跨IDC调用等实现服务的高可用。

3 数据层：包括读写分离、Failover库、分库分表、单元化架构等。数据库采用主备模式，通过日志文件保证主从复制。同时增加一个空的Failover库，在主库宕机时，通过业务层框架自动切换到Failover库，从而避免主从切换导致的业务中断等问题。

通过单元化架构解决了跨IDC级别的可用性问题，在IDC中通过用户ID进行分片，每个单元保存独立的流水行数据；针对全局数据，则在各个单元都保存一份，其中不同单元之间可通过消息中间件（数据总线）来完成数据同步，减少时延。

三：如何进行Java性能优化

java程序性能优化从计算、存储、网络3个方面展开；

从计算方面看，常见优化手段包括并发执行、同步转异步、懒加载等。其中并发执行分为多机（例如MapReduce）、多进程（Ngnix）、多线程（Netty）等，并且在资源冲突时通过优化同步机制来提升计算效率，比如读写锁、分段锁、乐观锁、无锁队列等技术。

从存储层面看，常见优化手段包括数据复用、小IO合并、索引优化、分库分表等技术手段。其中数据复用分为本地缓存和分布式缓存redis等形式；数据库写请求可以通过合并小IO请求减少数据库建联次数；通过深入理解innodb等存储引擎底层数据结构，结合联合索引最左匹配原则等增加索引命中率。

从网络层面看，常见优化手段包括多路IO复用、rpc序列化、sidecar性能优化。比如在网关层面采用netty等异步非阻塞的通信框架，底层依赖linux的epoll模型；比如rpc框架采用Protobuf等二进制序列化方式；在k8s中采用eBPF代替iptables提升了数据通信性能。

四：设计解决全局唯一ID问题的技术方案

结合以前的项目实践常用的唯一ID设计方案有类似雪花算法、基于分库分表等方案。

类雪花算法（基于redis）方案：适用于通用的唯一ID使用场景，比如生成日志表ID等各类业务ID。为了便于ID在前端展示，js等语言long类型最长只能52bit，所以设置唯一ID长度为52位，其中16位是基于redis生成的，同时增加instance作为业务区分标识；

基于分库分表的方案：适用于memberid等个性业务场景。比如支付宝2088会员账号唯一ID就有严格的业务规则，比如最后两位01-99用户做单元化的标识。针对这种场景需要在数据库中单独创建一张sequence逻辑表负责生成ID，比如支付宝分库分表规则是100库100表的规则，通过设置合理的初始值和步长解决掉不同表中ID重复的问题。