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作者 王文安，腾讯CSIG数据库专项的数据库工程师，主要负责腾讯云数据库 MySQL 的相关的工作，热爱技术，欢迎留言进行交流。文章首发于腾讯云+社区的腾讯云数据库专家服务专栏。在日常工作中，发现 MySQL 的状态不太对劲的时候，一般都会看看监控指标，很多时候会看到熟悉的一幕：CPU 使用率又爆了。本文将给大家介绍 MySQL 和 CPU 之间的关系，对此有一定的了解之后可以更准确的判断出问题的原因，也能够提前发现一些引发 CPU 问题的隐患。
怎么看懂CPU使用率
以 Linux 的 top 命令为例，效果如下：
Top 命令
在 %CPU 这一列就展示了 CPU 的使用情况，百分比指代的是总体上占用的时间百分比：
%us：表示用户进程的 CPU 使用时间(没有通过 nice 调度)
%sy：表示系统进程的 CPU 使用时间，主要是内核使用。
%ni：表示用户进程中，通过 CPU 调度(nice)过的使用时间。
%id：空闲的 CPU 时间
%wa：CPU 运行时在等待 IO 的时间
%hi：CPU 处理硬中断花费的时间
%si：CPU 处理软中断花费的时间
%st：被虚拟机偷走的 CPU 时间
通常情况下，我们讨论的 CPU 使用率过高，指的是 %us 这个指标，监控里面的 CPU 使用率通常也是这个值(也有用其他的方法计算出来的，不过简单起见，不考虑其他的情况 )。其他几个指标过高也代表出 MySQL 的状态异常，简单起见，这里主要还是指 %us 过高的场景。
MySQL和线程
MySQL 是单进程多线程的结构，意味着独占的 MySQL 服务器里面，只能用 top 命令看到一行数据。
TOP 命令效果
这里能看到的是 MySQL 的进程 ID，如果要看到线程的情况，需要用top -H
TOP 命令效果
在这里能看到的是 MySQL 各个线程的 ID，可以看到 MySQL 在启动之后，会创建非常多的内部线程来工作。
这些内部线程包括 MySQL 自己用来刷脏，读写数据等 *** 作的系统线程，也包括处理用户 SQL 的线程，姑且叫做用户线程吧。用户线程有一个特殊的地方：程序端发送到 MySQL 端的 SQL，只会由一个用户线程来执行(one-thread-per-connection)，所以 MySQL 在处理复杂查询的时候，会出现“一核有难，多核围观”的尴尬现象。
参考 %us 的定义，对于 Linux 系统来说，MySQL 进程和它启动的所有线程都不算内核进程，因此 MySQL 的系统线程和用户线程在繁忙的时候，都会体现在 CPU 使用率的 %us 指标上。
什么时候CPU会100%
MySQL 干什么的时候，CPU 会 100%？从前文的分析来看，MySQL 主要是两类线程占用 CPU：系统线程和用户线程。因此 MySQL 独占的服务器上，只需要留意一下这两类线程的情况，就能 Cover 住绝大部分的问题场景。
系统线程
在实际的环境中，系统线程遇到问题的情况会比较少，一般来说，多个系统线程很少会同时跑满，只要服务器的可用核心数大于等于 4 的话，一般也不会遇到 CPU 100%，当然有一些 bug 可能会有影响，比如这个：
MySQL BUG
虽然情况比较少，但是在面对问题的常规排查过程中，系统线程的问题也是需要关注的。
用户线程
提到用户线程繁忙，很多时候肯定会第一时间凭经验想到慢查询。确实 90% 以上的时候都是“慢查询”引起的，不过作为方法论，还是要根据分析再去得出结论的~
参考 us% 的定义，是指用户线程占用 CPU 的时间多少，这代表着用户线程占用了大量的时间。
一方面是在进行长时间的计算，例如：order by，group by，临时表，join 等。这一类问题可能是查询效率不高，导致单个 SQL 语句长时间占用 CPU 时间，也有可能是单纯的数据量比较多，导致计算量巨大。另一方面是单纯的 QPS 压力高，所以 CPU 的时间被用满了，比如 4 核的服务器用来支撑 20k 到 30k 的点查询，每个 SQL 占用的 CPU 时间并不多，但是因为整体的 QPS 很高，所以 CPU 的时间被占满了。
问题的定位
分析完之后，就要开始实战了，这里根据前文的分析给出一些经典的 CPU 100% 场景，并给出简要的定位方法作为参考。
PS：系统线程的 bug 的场景 skip，以后有机会再作为详细的案例来分析。
慢查询
在 CPU 100% 这个问题已经发生之后，真实的慢查询和因为 CPU 100% 导致被影响的普通查询会混在一起，难以直观的看 processlist 或者 slowlog 来发现尊敬的大船，这时候就需要一些比较明确的特征来进行甄别。
从前文的简单分析可以看出来，查询效率不高的慢查询通常有以下几种情况：
全表扫描：Handler_read_rnd_next 这个值会大幅度突增，且这一类查询在 slowlog 中 row_examined 的值也会非常高。
索引效率不高，索引选错了：Handler_read_next 这个值会大幅度的突增，不过要注意这种情况也有可能是业务量突增引起的，需要结合 QPS/TPS 一起看。这一类查询在 slowlog 中找起来会比较麻烦，row_examined 的值一般在故障前后会有比较明显的不同，或者是不合理的偏高。
比如数据倾斜的场景，一个小范围的 range 查询在某个特定的范围内 row_examined 非常高，而其他的范围时 row_examined 比较低，那么就可能是这个索引效率不高。
排序比较多：order by，group by 这一类查询通常不太好从 Handler 的指标直接判断，如果没有索引或者索引不好，导致排序 *** 作没有消除的话，那么在 processlist 和 slowlog 通常能看到这一类查询语句出现的比较多。
当然，不想详细的分析 MySQL 指标或者是情况比较紧急的话，可以直接在 slowlog 里面用 rows_sent 和 row_examined 做个简单的除法，比如 row_examined/rows_sent >1000 的都可以拿出来作为“嫌疑人”处理。这类问题一般在索引方面做好优化就能解决。
PS：1000 只是个经验值，具体要根据实际业务情况来定。
计算量大
这一类问题通常是因为数据量比较大，即使索引没什么问题，执行计划也 OK，也会导致 CPU 100%，而且结合 MySQL one-thread-per-connection 的特性，并不需要太多的并发就能把 CPU 使用率跑满。这一类查询其实是是比较好查的，因为执行时间一般会比较久，在 processlist 里面就会非常显眼，反而是 slowlog 里面可能找不到，因为没有执行完的语句是不会记录的。
这一类问题一般来说有三种比较常规的解决方案：
读写分离，把这一类查询放到平时业务不怎么用的只读从库去。
在程序段拆分 SQL，把单个大查询拆分成多个小查询。
使用 HBASE，Spark 等 OLAP 的方案来支持。
高 QPS
这一类问题单纯的就是硬件资源的瓶颈，不论是 row_examined/rows_sent 的比值，还是 SQL 的索引、执行计划，或者是 SQL 的计算量都不会有什么明显问题，只是 QPS 指标会比较高，而且 processlist 里面可能什么内容都看不到，例如：
processlist
总结
实际上 CPU 100% 的问题其实不仅仅是单纯的 %us，还会有 %io，%sys 等，这些会涉及到 MySQL 与 Linux 相关联的一部分内容，展开来就会比较多了。本文仅从 %us 出发尝试梳理一下排查&定位的思路和方法，在分析 %io，%sys 等方面的问题时，也可以用类似的思路，从这些指标的意义开始，结合 MySQL 的一些特性或者特点，逐步理清楚表象背后的原因。
问题一：什么是数据库连接池，有什么作用？ 数据库连接是一种有限的昂贵的资源，数据库连接影响到程序的性能指标。
数据库连接池正是针对这个问题提出来的。数据库连接池负责分配、
管理和释放数据库连接，
它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，
而再不是重新建立一个；
释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放数
据库连接而引起的数据库连接遗漏。
这项技术能明显提高对数据库 *** 作的性能。
问题二：什么是数据库连接池？谢谢了 数据库连接池，简称dbcp databa绩e connection pool
存在意义：
数据库的连接是非常耗费系统资源的，一个应用通常都是需要与数据库打交道，也就需要经常连接数据库，这样导致浪费大量系统资源；
连接池的原理就是：我事先创建好几个数据库连接放着，当我的系统需要 *** 作数据库时就从连接池里直接拿连接，并将这个连接标记为 忙 ；用完后在放会池中，标记为 空闲；；；
当连接池里的连接都在被使用，如果此时还要连接，连接池就会在创建连接放到池里，，这些连接的数量，都是在配置文件里由你控制的
问题三：数据库连接池是什么意思？ 像打开关闭数据库连接这种和数据库的交互可能是很费时的，尤其是当客户端数量增加的时候，会消耗大量的资源，成本是非常高的。可以在应用服务器启动的时候建立很多个数据库连接并维护在一个池中。连接请求由池中的连接提供。在连接使用完毕以后，把连接归还到池中，以用于满足将来更多的请求。
问题四：数据库连接池的工作机制是什么? 为什么要使用数据库连接池？
答：
由于创建连接的代价是很高的, 我们每次访问数据库都重新创建连接的话是非常消耗性的.
我们可以再程序启动的时候先创建出一些连接, 放在一个 *** 中, 访问数据库的时候从 *** 中获取, 使用结束再放回 *** 中.
这样做只是在程序启动的时候消耗性能去创建连接, 每次访问数据库的时候都是从内存中获取连接, 可以大大提升效率.
注意事项:
由于池中增删非常频繁, 使用 *** LinkedList效率较高
*** 中所有连接都被占用时创建新连接, 但需要注意连接总数
使用组合模式/动态代理处理释放连接的方法, 当运行close方法时, 将连接放回池中
关于数据库连接池：
数据库连接是一种关键的有限的昂贵的资源，这一点在多用户的网页应用程序中体现得尤为突出。对数据库连接的管理能显著影响到整个应用程序的伸缩性和健壮性，影响到程序的性能指标。数据库连接池正是针对这个问题提出来的。
数据库连接池负责分配、管理和释放数据库连接，它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，而再不是重新建立一个；释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放数据库连接而引起的数据库连接遗漏。这项技术能明显提高对数据库 *** 作的性能。
数据库连接池在初始化时将创建一定数量的数据库连接放到连接池中，这些数据库连接的数量是由最小数据库连接数来设定的。无论这些数据库连接是否被 使用，连接池都将一直保证至少拥有这么多的连接数量。连接池的最大数据库连接数量限定了这个连接池能占有的最大连接数，当应用程序向连接池请求的连接数超 过最大连接数量时，这些请求将被加入到等待队列中。
数据库连接池的最小连接数和最大连接数的设置要考虑到下列几个因素：
1) 最小连接数是连接池一直保持的数据库连接，所以如果应用程序对数据库连接的使用量不大，将会有大量的数据库连接资源被浪费；
2) 最大连接数是连接池能申请的最大连接数，如果数据库连接请求超过此数，后面的数据库连接请求将被加入到等待队列中，这会影响之后的数据库 *** 作。
3) 如果最小连接数与最大连接数相差太大，那么最先的连接请求将会获利，之后超过最小连接数量的连接请求等价于建立一个新的数据库连接。不过，这些大于最小连接数的数据库连接在使用完不会马上被释放，它将被放到连接池中等待重复使用或是空闲超时后被释放。
J2EE服务器启动时会建立一定数量的池连接，并一直维持不少于此数目的池连接。
调用：客户端程序需要连接时，池驱动程序会返回一个未使用的池连接并将其表记为 忙。如果当前没有空闲连接，池驱动程序就新建一定数量的连接，新建连接的数量有配置参数决定。
释放：当使用的池连接调用完成后，池驱动程序将此连接表记为空闲， 其他调用就可以使用这个连接
问题五：数据库连接池的作用是什么？ 连接池是被j2ee服务器打开和维护的 对应1、2、4的JDBC驱动程序 连接池一般比直接连接更有优越性 因为它提高了性能的同时还保存了 宝贵的资源。 打开数据库连接时CPU和网络的重要 任务，因此，在整个应用程序的使用过程 当中重复的打开直接连接将导致性能的下降。 而池连接只在服务器启动时打开一次，从而 消除了这种性能问题。 另外，因为连接只用于很短的时间， 所以，连接可以被有效共享， 而且有关连接参数的特有信息， 只对池驱动程序有效， 如数据库用户名称和密码， 从而增强了系统的安全性和可管理性。
问题六：数据库连接池的工作机制是什么 连接池的实现是以空间换时间。
J2EE服务器启动时会建立一定数量的池连接，并一直维持不少于此数目的池连接。客户端程序需要连接时，池驱动程序会返回一个未使用的池连接并将其表记为忙。如果当前没有空闲连接，池驱动程序就新建一定数量的连接，新建连接的数量有配置参数决定。当使用的池连接调用完成后，池驱动程序将此连接表记为空闲，其他调用就可以使用这个连接。
问题七：数据库连接池的作用是什么？ 连接池是被j2ee服务器打开和维护的
对应1、2、4的JDBC驱动程序
连接池一般比直接连接更有优越性
因为它提高了性能的同时还保存了
宝贵的资源。
打开数据库连接时CPU和网络的重要
任务，因此，在整个应用程序的使用过程
当中重复的打开直接连接将导致性能的下降。
而池连接只在服务器启动时打开一次，从而
消除了这种性能问题。
另外，因为连接只用于很短的时间，
所以，连接可以被有效共享，
而且有关连接参数的特有信息，
只对池驱动程序有效，
如数据库用户名称和密码，
从而增强了系统的安全性和可管理性。
问题八：开源的数据库连接池和普通的数据库连接池有什么区别 在项目中尝试使用了几种开源的数据库连接池实现。一种是dbcp，一种是c3p0，还有一种是proxool，这几种数据库连接池都可以很容易的在Spring配置起来。性能总体上上感觉dbcp为最优，因为稳定性和并发性都是我的项目需要的。
项目中经过反复测试，如果web server和数据库server不是同一个机器的话，在断网时间比较短的时间内三种数据库连接池都能较好的重连，但是在断网时间超过8个钟头 proxool就不能恢复工作了。但是dbcp却能很快的重新连接。实际生产环境中稳定性和总体性能是最重要的，都需要做相应的测试才能放心的让系统上生产线。
这里给出项目中数据库连接池配置：
dbcp的jndi：13 4 java:p/env/jdbc/mysql5 6 proxool(proxool-0.9.0RC1)的配置： .mysql.jdbc.Driver jdbc:mysql:ip:3306/dbname?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&autoReconnect=true user password 500 15000 select CURRENT_DATE true mysqlProxoolDataSource 1000 false 建议使用DBCP，配置在tomcat中，然后在spring中使用jndi的形式获取。 c3p0(c3p0-0.9.0)： 1 3 4 .mysql.jdbc.Driver 5 6 7 jdbc:mysql:192.168.0.225:3306/sendinmdb?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&autoReconnect=true 8 9 10 ********11 12 13 ********14 15 16 10017 18 19 5020 21 22 10023 24 25 100026 27 28 3029 30 直接copy &paste到spring配置文件里就可以使用了。 配置一些额外的tomcat 的DBCP连接池参数，也可以更好的使用到类似proxool提供的功能，只是dbcp更加稳定而已。tomcat/conf/context.xml中插入一个Resource元素： 解释一下以下这些参数的含义：
validationQuery = select current_date()
testOnBorrow = true
testOnReturn = false
testWhileIdle = true
当 从池中获取一个Connection后使用 select current_date() 来测试该数据库连接的可用性，如果SQL语句返回结果则认为是一个有效的连接，否则将继续测试知道可以拿到有效的连接。当返回Connection给池的时候不进行验证，但是Connection空闲的时候就要进行认证。
timeBetweenEvictionRunsMillis = 15000
DBCP 清空线程睡眠的间隙，如值为负数则不运行该线程
numTestsPerEvictionRun = 10"......>>
问题九：sqlite 使用什么数据库连接池 数据库连接是一种有限的昂贵的资源，
数据库连接影响到程序的性能指标。
数据库连接池正是针对这个问题提出来的。数据库连接池负责分配、
管理和释放数据库连接，
它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，
而再不是重新建立一个；
释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放数
据库连接而引起的数据库连接遗漏。
这项技术能明显提高对数据库 *** 作的性能。
问题十：说出数据连接池的工作机制是什么? 以典型的数据库连接池为例：首先普通的数据库访问是这样的：程序和数据库建立连接，发送数据 *** 作的指令，完成后断开连接。等下一次请求的时候重复这个过程，即每个请求都需要和数据库建立连接和断开连接，这样当数据量大的时候系统的消耗是很大的。连接池就是为了解决这个问题：在一个空间中预先建立好一定数量的连接，当程序请求数据时直接使用池中的现存的连接，不需要重复建立连接和断开的过程，节省了时间提高了性能
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