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程序员笔记|编写高性能的Java代码需要注意的4个问题_编写高效java程序,需要注意那些方面
作者：小蓝xlanll | 2024-02-15 11:29:35
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编写高效java程序,需要注意那些方面
一、并发
Unable to create new native thread ……
问题1：Java中创建一个线程消耗多少内存？
每个线程有独自的栈内存，共享堆内存
问题2：一台机器可以创建多少线程？
CPU，内存，操作系统，JVM，应用服务器
我们编写一段示例代码，来验证下线程池与非线程池的区别：
<font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;">//线程池和非线程池的区别</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public class ThreadPool {</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static int times = 100; // 100,1000,10000</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static ArrayBlockingQueue arrayWorkQueue = new ArrayBlockingQueue（1000）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor（5，// corePoolSize线程池中心核心线程数</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 10，</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 60，</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> TimeUnit.SECONDS，</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> arrayWorkQueue，</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 新的ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy（）</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> ）;</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static void useThreadPool（）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> Long start = System.currentTimeMillis（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> for（int i = 0; i <times; i ++）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> threadPool.execute（new Runnable（）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public void run（）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 的System.out.println（ “说点什么吧......”）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> threadPool.shutdown（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> while（true）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> if（threadPool.isTerminated（））{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> Long end = System.currentTimeMillis（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> System.out.println（end - start）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 打破;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static void createNewThread（）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> Long start = System.currentTimeMillis（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> for（int i = 0; i <times; i ++）{</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 新线程（） {</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public void run（）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 的System.out.println（ “说点什么吧......”）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }。开始（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> Long end = System.currentTimeMillis（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> System.out.println（end - start）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static void main（String args []）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> createNewThread（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> // useThreadPool（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font>
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启动不同数量的线程，然后比较线程池和非线程池的执行结果：
| 非线程池 | 线程池 | |
|---|---|---|
| 100次 | 16毫秒 | 5ms的 |
| 1000次 | 90毫秒 | 28ms |
| 10000次 | 1329ms | 164ms |
结论：不要new Thread()，采用线程池
非线程池的缺点：
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每次创建性能消耗大
-
无序，缺乏管理。容易无限制创建线程，引起OOM和死机
1.1 使用线程池要注意的问题
避免死锁，请尽量使用CAS
我们编写一个乐观锁的实现示例：
<font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;">公共类CASLock {</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static int money = 2000;</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static boolean add2（int oldm，int newm）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 尝试{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 了Thread.sleep（2000）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> } catch（InterruptedException e）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> e.printStackTrace（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> if（money == oldm）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> money = money + newm;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 返回true;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 返回false;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public synchronized static void add1（int newm）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 尝试{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 了Thread.sleep（3000）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> } catch（InterruptedException e）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> e.printStackTrace（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> money = money + newm;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font> <font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> public static void add（int newm）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 尝试{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> 了Thread.sleep（3000）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> } catch（InterruptedException e）{</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> e.printStackTrace（）;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> money = money + newm;</font></font><font></font><font style="vertical-align: inherit;"><font style="vertical-align: inherit;"> }</font></font><font></font> <font></font> public static void main(String args[]) {<font></font> Thread one = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> //add(5000)<font></font> while (true) {<font></font> if (add2(money, 5000)) {<font></font> break;<font></font> }<font></font> }<font></font> }<font></font> };<font></font> Thread two = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> //add(7000)<font></font> while (true) {<font></font> if (add2(money, 7000)) {<font></font> break;<font></font> }<font></font> }<font></font> }<font></font> };<font></font> one.start();<font></font> two.start();<font></font> try {<font></font> one.join();<font></font> two.join();<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> System.out.println(money);<font></font> }<font></font> }
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使用ThreadLocal要注意
ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么系统 GC 的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。
我们编写一个ThreadLocalMap正确使用的示例：
//ThreadLocal应用实例<font></font> public class ThreadLocalApp {<font></font> <font></font> public static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();<font></font> <font></font> public static void muti2() {<font></font> int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font> i[1] = i[0] * 2;<font></font> threadLocal.set(i);<font></font> }<font></font> <font></font> public static void muti3() {<font></font> int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font> i[2] = i[1] * 3;<font></font> threadLocal.set(i);<font></font> }<font></font> <font></font> public static void muti5() {<font></font> int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font> i[3] = i[2] * 5;<font></font> threadLocal.set(i);<font></font> }<font></font> <font></font> public static void main(String args[]) {<font></font> for (int i = 0; i < 5; i++) {<font></font> new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> int start = new Random().nextInt(10);<font></font> int end[] = {0, 0, 0, 0};<font></font> end[0] = start;<font></font> threadLocal.set(end);<font></font> ThreadLocalApp.muti2();<font></font> ThreadLocalApp.muti3();<font></font> ThreadLocalApp.muti5();<font></font> //int end = (int) threadLocal.get();<font></font> System.out.println(end[0] + " " + end[1] + " " + end[2] + " " + end[3]);<font></font> threadLocal.remove();<font></font> }<font></font> }.start();<font></font> }<font></font> }<font></font> }
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1.2 线程交互—线程不安全造成的问题
经典的HashMap死循环造成CPU100%问题
我们模拟一个HashMap死循环的示例：
//HashMap死循环示例<font></font> public class HashMapDeadLoop {<font></font> <font></font> private HashMap hash = new HashMap();<font></font> <font></font> public HashMapDeadLoop() {<font></font> Thread t1 = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> for (int i = 0; i < 100000; i++) {<font></font> hash.put(new Integer(i), i);<font></font> }<font></font> System.out.println("t1 over");<font></font> }<font></font> };<font></font> <font></font> Thread t2 = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> for (int i = 0; i < 100000; i++) {<font></font> hash.put(new Integer(i), i);<font></font> }<font></font> System.out.println("t2 over");<font></font> }<font></font> };<font></font> t1.start();<font></font> t2.start();<font></font> }<font></font> <font></font> public static void main(String[] args) {<font></font> for (int i = 0; i < 1000; i++) {<font></font> new HashMapDeadLoop();<font></font> }<font></font> System.out.println("end");<font></font> }<font></font> }<font></font> https://coolshell.cn/articles/9606.html
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HashMap死循环发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：
/HashMap死循环产生的线程栈<font></font>
Thread-281" #291 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9f5f8de000 nid=0x5a37 runnable [0x0000700006349000]<font></font>
java.lang.Thread.State: RUNNABLE<font></font>
at java.util.HashMap$TreeNode.split(HashMap.java:2134)<font></font>
at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:713)<font></font>
at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)<font></font>
at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)<font></font>
at com.example.demo.HashMapDeadLoop$2.run(HashMapDeadLoop.java:26)
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应用停滞的死锁，Spring3.1的deadlock 问题
我们模拟一个死锁的示例：
//死锁的示例<font></font> public class DeadLock {<font></font> public static Integer i1 = 2000;<font></font> public static Integer i2 = 3000;<font></font> public static synchronized Integer getI2() {<font></font> try {<font></font> Thread.sleep(3000);<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> return i2;<font></font> }<font></font> public static void main(String args[]) {<font></font> Thread one = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> synchronized (i1) {<font></font> try {<font></font> Thread.sleep(3000);<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> synchronized (i2) {<font></font> System.out.println(i1 + i2);<font></font> }<font></font> }<font></font> }<font></font> };<font></font> one.start();<font></font> Thread two = new Thread() {<font></font> public void run() {<font></font> synchronized (i2) {<font></font> try {<font></font> Thread.sleep(3000);<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> synchronized (i1) {<font></font> System.out.println(i1 + i2);<font></font> }<font></font> }<font></font> }<font></font> };<font></font> two.start();<font></font> }<font></font> }
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死锁发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：
//死锁时产生堆栈<font></font>
"Thread-1":<font></font>
at com.example.demo.DeadLock$2.run(DeadLock.java:47)<font></font>
- waiting to lock (a java.lang.Integer)<font></font>
- locked (a java.lang.Integer)<font></font>
"Thread-0":<font></font>
at com.example.demo.DeadLock$1.run(DeadLock.java:31)<font></font>
- waiting to lock (a java.lang.Integer)<font></font>
- locked (a java.lang.Integer)<font></font>
Found 1 deadlock.
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1.3 基于JUC的优化示例
一个计数器的优化，我们分别用Synchronized，ReentrantLock，Atomic三种不同的方式来实现一个计数器，体会其中的性能差异
//示例代码<font></font> public class SynchronizedTest {<font></font> <font></font> public static int threadNum = 100;<font></font> public static int loopTimes = 10000000;<font></font> <font></font> public static void userSyn() {<font></font> //线程数<font></font> Syn syn = new Syn();<font></font> Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font> //记录运行时间<font></font> long l = System.currentTimeMillis();<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font> threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font> @Override<font></font> public void run() {<font></font> for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font> //syn.increaseLock();<font></font> syn.increase();<font></font> }<font></font> }<font></font> });<font></font> threads[i].start();<font></font> }<font></font> //等待所有线程结束<font></font> try {<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font> threads[i].join();<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> System.out.println("userSyn" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font> }<font></font> <font></font> public static void useRea() {<font></font> //线程数<font></font> Syn syn = new Syn();<font></font> Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font> //记录运行时间<font></font> long l = System.currentTimeMillis();<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font> threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font> @Override<font></font> public void run() {<font></font> for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font> syn.increaseLock();<font></font> //syn.increase();<font></font> }<font></font> }<font></font> });<font></font> threads[i].start();<font></font> }<font></font> //等待所有线程结束<font></font> try {<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font> threads[i].join();<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> System.out.println("userRea" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font> }<font></font> public static void useAto() {<font></font> //线程数<font></font> Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font> //记录运行时间<font></font> long l = System.currentTimeMillis();<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font> threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font> @Override<font></font> public void run() {<font></font> for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font> Syn.ai.incrementAndGet();<font></font> }<font></font> }<font></font> });<font></font> threads[i].start();<font></font> }<font></font> //等待所有线程结束<font></font> try {<font></font> for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font> threads[i].join();<font></font> } catch (InterruptedException e) {<font></font> e.printStackTrace();<font></font> }<font></font> System.out.println("userAto" + "-" + Syn.ai + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font> }<font></font> <font></font> public static void main(String[] args) {<font></font> SynchronizedTest.userSyn();<font></font> SynchronizedTest.useRea();<font></font> SynchronizedTest.useAto();<font></font> }<font></font> }<font></font> <font></font> class Syn {<font></font> private int count = 0;<font></font> public final static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0);<font></font> <font></font> private Lock lock = new ReentrantLock();<font></font> <font></font> public synchronized void increase() {<font></font> count++;<font></font> }<font></font> <font></font> public void increaseLock() {<font></font> lock.lock();<font></font> count++;<font></font> lock.unlock();<font></font> }<font></font> <font></font> @Override<font></font> public String toString() {<font></font> return String.valueOf(count);<font></font> }<font></font> }
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结论，在并发量高，循环次数多的情况，可重入锁的效率高于Synchronized，但最终Atomic性能最好。
二、通信
2.1 数据库连接池的高效问题
- 一定要在finally中close连接
- 一定要在finally中release连接
2.2 OIO/NIO/AIO
| OIO | NIO | AIO | |
|---|---|---|---|
| 类型 | 阻塞 | 非阻塞 | 非阻塞 |
| 使用难度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 可靠性 | 差 | 高 | 高 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
结论：我性能有严苛要求下，尽量应该采用NIO的方式进行通信。
2.3 TIME_WAIT(client)，CLOSE_WAIT(server)问题
反应：经常性的请求失败
获取连接情况 netstat -n | awk ‘/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}’
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TIME_WAIT：表示主动关闭，优化系统内核参数可。
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CLOSE_WAIT：表示被动关闭。
-
ESTABLISHED：表示正在通信
解决方案：二阶段完成后强制关闭
2.4 串行连接，持久连接（长连接），管道化连接
结论：
管道连接的性能最优异，持久化是在串行连接的基础上减少了打开/关闭连接的时间。
管道化连接使用限制：
1、HTTP客户端无法确认持久化（一般是服务器到服务器，非终端使用）；
2、响应信息顺序必须与请求信息顺序一致；
3、必须支持幂等操作才可以使用管道化连接.
三、数据库操作
必须要有索引（特别注意按时间查询）
单条操作or批量操作
注：很多程序员在写代码的时候随意采用了单条操作的方式，但在性能要求前提下，要求采用批量操作方式。
四、JVM
4.1 CPU标高的一般处理步骤
- top查找出哪个进程消耗的cpu高
- top –H –p查找出哪个线程消耗的cpu高
- 记录消耗cpu最高的几个线程
- printf %x 进行pid的进制转换
- jstack记录进程的堆栈信息
- 找出消耗cpu最高的线程信息
4.2 内存标高（OOM）一般处理步骤
- jstat命令查看FGC发生的次数和消耗的时间，次数越多，耗时越长说明存在问题；
- 连续查看jmap –heap 查看老生代的占用情况，变化越大说明程序存在问题；
- 使用连续的jmap –histo:live 命令导出文件，比对加载对象的差异，差异部分一般是发生问题的地方。
4.3 GC引起的单核标高
单个CPU占用率高，首先从GC查起。
4.4 常见SY标高
- 线程上下文切换频繁
- 线程太多
- 锁竞争激烈
4.5 Iowait标高
如果IO的CPU占用很高，排查涉及到IO的程序，比如把OIO改造成NIO。
4.6 抖动问题
原因：字节码转为机器码需要占用CPU时间片，大量的CPU在执行字节码时，导致CPU长期处于高位；
现象：“C2 CompilerThread1” daemon，“C2 CompilerThread0” daemon CPU占用率最高；
解决办法：保证编译线程的CPU占比。
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