• JVM高手之路七(tomcat调优以及tomcat7、8性能对比)


     

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    因为每个链路都会对其性能造成影响,应该是全链路的修改压测(ak大神经常说全链路大笑)。本次基本就是局域网,所以并没有怎么优化,其实也应该考虑进去的。

    Linux系统参数层面的修改:

    1、修改可打开文件数和用户最多可开发进程数

    命令:ulimit -n 655350

          ulimit –u 655350

    可以通过ulimit –a查看参数设置,不设置时默认为1024,默认情况下,你会发现请求数到到一定数值后,再也上不去了。

    2、操作系统内核优化

    net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000

    timewait 的数量,默认是180000。

    net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

    允许系统打开的端口范围。

    net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

    启用timewait 快速回收。

    net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

    开启重用。允许将TIME-WAIT sockets 重新用于新的TCP 连接。

    net.ipv4.tcp_syncookies = 1

    开启SYN Cookies,当出现SYN等待队列溢出时,启用cookies来处理。

    net.core.somaxconn = 262144

    web 应用中listen函数的backlog默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn限制到128,而nginx定义的NGX_LISTEN_BACKLOG默认为511,所以有必要调整这个值。

    net.core.netdev_max_backlog = 262144

    每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时,允许送到队列的数据包的最大数目。

    net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144

    系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字,故而连接将即刻被复位并打印出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击,不能过分依靠它或者人为地减小这个值,更应该增加这个值(如果增加了内存之后)。

    net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144

    记录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。对于有128M内存的系统而言,缺省值是1024,小内存的系统则是128。

    net.ipv4.tcp_timestamps = 0

    时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps的链路肯定会遇到以前用过的序列号。时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。这里需要将其关掉。

    net.ipv4.tcp_synack_retries = 1

    为了打开对端的连接,内核需要发送一个SYN 并附带一个回应前面一个SYN的ACK。也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量。

    net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

    在内核放弃建立连接之前发送SYN 包的数量。

    net.ipv4.tcp_fin_timeout = 1

    如果套接字由本端要求关闭,这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。对端可以出错并永远不关闭连接,甚至意外当机。缺省值是60秒。2.2内核的通常值是180秒,3你可以按这个设置,但要记住的是,即使你的机器是一个轻载的WEB服务器,也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险,FIN-WAIT-2的危险性比FIN-WAIT-1要小,因为它最多只能吃掉1.5K内存,但是它们的生存期长些。

    net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30

    当keepalive 起用的时候,TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时

    内核参数优化设置在/etc/sysctl.conf文件中。

    上面2个都调整一样的情况下,开始准备测试tomcat7(jdk7)与tomcat8(jdk8)的一些性能测试了。

    由于各各原因复杂服务没法测试,先仅仅是测试静态页面。

    jvm层面优化:

    Jdk7:

    -Xms2G -Xmx2G -Xmn512m -XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=512M -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/appl/gc.log -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

    Jdk8:

    -Xms2G -Xmx2G -Xmn512m -XX:MetaspaceSize=512M -XX:MaxMetaspaceSize=512M -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/appl/gc.log -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 

    需要特别说明下:

    元数据空间,专门用来存元数据的,它是jdk8里特有的数据结构用来替代perm。

    Jdk7:

    出现了多次Full GC了。

    其中,CMS-initial-mark和CMS-remark会stop-the-world。




    所以选择cms垃圾回收器,用jstat 相关命令看到的FGC每次都是加2的变化情况。

    Jdk8:

    一次Full GC也没有发生。从这里也可以看出tomcat8的实现机制比tomcat7的要好些(相同条件没有产生多余对象从而导致Full GC问题)。

    需要特别说明下:

    年轻代的gc日志7和8略有不同

    jdk8把日志打得更全了 ,jdk8的gc日志与jdk7的有所不同,听大佬们说各各jdk的日志都有所不同,其实这里8的这个和7的意思一样,只是7没有表达出来而已。

    通过压力测试结果来看,jdk7每隔一段时间会出现tps大的下降,就是俗话说的卡顿。

    而jdk8没有啥卡顿现象


    而jdk7的波动就特别明显


    该效果8比7的效果请求要好。

    由于jdk7 gc日志,


    CMS开始回收tenured generation collection。这阶段是CMS初始化标记的阶段,从垃圾回收的“根对象”开始,且只扫描直接与“根对象”直接关联的对象,并做标记,在此期间,其他线程都会停止。

    tenured generation的空间是1572864K,在容量为1205558K时开始执行初始标记。

    说明-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75已经达到触发(Background )CMS GC的条件。

    应该扩大堆空间大小,在此修改仅仅是修改了堆其他不变,其他参数还是原来上面的参数

    Jdk7,jdk8:

    -Xms4G -Xmx4G -Xmn1365m

    查看gc日志,发现的确都没有FGC了,但是ygc差距很大,在此表示tomcat8(jdk8)比tomcat7(jdk7)好好像。

    Jdk7 ygc时间过长:


    Jdk8 ygc非常好:


    其实对于ygc的分享特别复杂,jvm的参数调整算是小调,最关键的应该在产生对象的地方,即应用本事,采用合理的架构,合理的数据结构结合一些技巧来达到等。

    由于测试的是静态页面,那么只有tomcat代码了,表示8的实现比7的实现方面的确要好(有空去准备去读读tomcat源码到时候在分享分享)。

    通过日志查看jdk7的老年代使用率很低,准备在此进行调整,在堆大小不变的情况下调整年轻代的大小。

    Jdk7,jdk8都进行调整其他参数还保持上面不变。

    -Xms4G -Xmx4G -Xmn3g 

    效果有所改善(tps也张了200多),但是还是不如jdk8的,可能是tomcat内部实现8就是比7好。

    次中间还尝试过更大堆以及年轻代的调整 如6G 8G 10G等都没有太大变化有些还不如4G点这个好,所以并不是堆空间设置越大越好。

    Jvm目前只能调到这块了,后续如果有啥发现或者大佬们的建议在调整。

    Tomcat本身这块的调优

    Tomcat 7/8 的优化参数有点不一样,最好按下面的方式看一下官网这个文档是否还保留着这个参数

    启动tomcat,访问该地址,下面要讲解的一些配置信息,在该文档下都有说明的:

    文档:http://127.0.0.1:8080/docs/config

    你也可以直接看网络版本:

    Tomcat 7 文档:https://tomcat.apache.org/tomcat-7.0-doc/config/

    Tomcat 8 文档:https://tomcat.apache.org/tomcat-8.0-doc/config/

    如果你需要查看 Tomcat 的运行状态可以配置tomcat管理员账户,然后登陆Tomcat后台进行查看。

    在修改jvm参数之后tps怎么都上不去的情况下面通过查看线程dump


    Tomcat7、tomcat8情况一样,发现很多都堵塞在这块了。

    这块涉及到代码这块了(tomcat的源码这块了)

    通过查看源码发现这块是涉及到了tomcat线程池这块了,稍微会详细说明下,先看看一些简单配置。


    默认配置,可以配置写那些值呢?


    Tomcat8多了一个nio2


    这个也比较重要


    这个就是关于池的配置了,有那些参数和怎么实现的呢?


    Tomcat的实现在org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor

    里面的参数有


    简单理解就是:

    maxThreads - Tomcat线程池最多能起的线程数

    maxConnections - Tomcat最多能并发处理的请求(连接)

    acceptCount - Tomcat维护最大的对列数

    minSpareThreads - Tomcat初始化的线程池大小或者说Tomcat线程池最少会有这么多线程。

    比较容易弄混的是maxThreads和maxConnections这两个参数:

    maxThreads是指Tomcat线程池做多能起的线程数

    maxConnections则是Tomcat一瞬间做多能够处理的并发连接数。比如maxThreads=1000,maxConnections=800,假设某一瞬间的并发时1000,那么最终Tomcat的线程数将会是800,即同时处理800个请求,剩余200进入队列“排队”,如果acceptCount=100,那么有100个请求会被拒掉。

    注意:根据前面所说,只是并发那一瞬间Tomcat会起800个线程处理请求,但是稳定后,某一瞬间可能只有很少的线程处于RUNNABLE状态,大部分线程是TIMED_WAITING,如果你的应用处理时间够快的话。所以真正决定Tomcat最大可能达到的线程数是maxConnections这个参数和并发数,当并发数超过这个参数则请求会排队,这时响应的快慢就看你的程序性能了。

    这些仅仅是告诉我们,如果需要了解细节还需要阅读下源码。有些读了源码可能参数的理解更清楚了。


    1.  
      public class StandardThreadExecutor extends LifecycleMBeanBase
    2.  
      implements Executor, ResizableExecutor {
    3.  
      //默认线程的优先级
    4.  
      protected int threadPriority = Thread.NORM_PRIORITY;
    5.  
      //守护线程
    6.  
      protected boolean daemon = true;
    7.  
      //线程名称的前缀
    8.  
      protected String namePrefix = "tomcat-exec-";
    9.  
      //最大线程数默认200个
    10.  
      protected int maxThreads = 200;
    11.  
      //最小空闲线程25个
    12.  
      protected int minSpareThreads = 25;
    13.  
      //超时时间为6000
    14.  
      protected int maxIdleTime = 60000;
    15.  
      //线程池容器
    16.  
      protected ThreadPoolExecutor executor = null;
    17.  
      //线程池的名称
    18.  
      protected String name;
    19.  
      //是否提前启动线程
    20.  
      protected boolean prestartminSpareThreads = false;
    21.  
      //队列最大大小
    22.  
      protected int maxQueueSize = Integer.MAX_VALUE;
    23.  
      //为了避免在上下文停止之后,所有的线程在同一时间段被更新,所以进行线程的延迟操作
    24.  
      protected long threadRenewalDelay = 1000L;
    25.  
      //任务队列
    26.  
      private TaskQueue taskqueue = null;
    27.  
       
    28.  
      //容器启动时进行,具体可参考org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()
    29.  
      @Override
    30.  
      protected void startInternal() throws LifecycleException {
    31.  
      //实例化任务队列
    32.  
      taskqueue = new TaskQueue(maxQueueSize);
    33.  
      //自定义的线程工厂类,实现了JDK的ThreadFactory接口
    34.  
      TaskThreadFactory tf = new TaskThreadFactory(namePrefix,daemon,getThreadPriority());
    35.  
      //这里的ThreadPoolExecutor是tomcat自定义的,不是JDK的ThreadPoolExecutor
    36.  
      executor = new ThreadPoolExecutor(getMinSpareThreads(), getMaxThreads(), maxIdleTime, TimeUnit.MILLISECONDS,taskqueue, tf);
    37.  
      executor.setThreadRenewalDelay(threadRenewalDelay);
    38.  
      //是否提前启动线程,如果为true,则提前初始化minSpareThreads个的线程,放入线程池内
    39.  
      if (prestartminSpareThreads) {
    40.  
      executor.prestartAllCoreThreads();
    41.  
      }
    42.  
      //设置任务容器的父级线程池对象
    43.  
      taskqueue.setParent(executor);
    44.  
      //设置容器启动状态
    45.  
      setState(LifecycleState.STARTING);
    46.  
      }
    47.  
       
    48.  
      //容器停止时的生命周期方法,进行关闭线程池和资源清理
    49.  
      @Override
    50.  
      protected void stopInternal() throws LifecycleException {
    51.  
       
    52.  
      setState(LifecycleState.STOPPING);
    53.  
      if ( executor != null ) executor.shutdownNow();
    54.  
      executor = null;
    55.  
      taskqueue = null;
    56.  
      }
    57.  
       
    58.  
      //这个执行线程方法有超时的操作,参考org.apache.catalina.Executor接口
    59.  
      @Override
    60.  
      public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
    61.  
      if ( executor != null ) {
    62.  
      executor.execute(command,timeout,unit);
    63.  
      } else {
    64.  
      throw new IllegalStateException("StandardThreadExecutor not started.");
    65.  
      }
    66.  
      }
    67.  
       
    68.  
      //JDK默认操作线程的方法,参考java.util.concurrent.Executor接口
    69.  
      @Override
    70.  
      public void execute(Runnable command) {
    71.  
      if ( executor != null ) {
    72.  
      try {
    73.  
      executor.execute(command);
    74.  
      } catch (RejectedExecutionException rx) {
    75.  
      //there could have been contention around the queue
    76.  
      if ( !( (TaskQueue) executor.getQueue()).force(command) ) throw new RejectedExecutionException("Work queue full.");
    77.  
      }
    78.  
      } else throw new IllegalStateException("StandardThreadPool not started.");
    79.  
      }
    80.  
       
    81.  
      //由于继承了org.apache.tomcat.util.threads.ResizableExecutor接口,所以可以重新定义线程池的大小
    82.  
      @Override
    83.  
      public boolean resizePool(int corePoolSize, int maximumPoolSize) {
    84.  
      if (executor == null)
    85.  
      return false;
    86.  
       
    87.  
      executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
    88.  
      executor.setMaximumPoolSize(maximumPoolSize);
    89.  
      return true;
    90.  
      }
    91.  
      }

    Tomcat的线程池的名字也叫作ThreadPoolExecutor,刚开始看源代码的时候还以为是使用了JDK的ThreadPoolExecutor了呢,后面仔细查看才知道是Tomcat自己实现的一个ThreadPoolExecutor,不过基本上都差不多。

    看到这里以为tomcat线程池的原理和jdk的线程池原理一样了,其实不是的。

    问题的关键在这里


    TaskQueue这个任务队列是专门为线程池而设计的。优化任务队列以适当地利用线程池执行器内的线程。

    Jdk的execute执行策略:        优先offer到queue,queue满后再扩充线程到maxThread,如果已经到了maxThread就reject

    Tomcat的execute执行策略: 优先扩充线程到maxThread,再offer到queue,如果满了就reject比较适合于业务处理需要远程资源的场景


    修改为:

    1.  
      <Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
    2.  
      maxThreads="350" minSpareThreads="20" prestartminSpareThreads="true"/>


    1.  
      <Connector executor="tomcatThreadPool" acceptCount="300000"
    2.  
      port="8080" protocol="HTTP/1.1"
    3.  
      connectionTimeout="20000"
    4.  
      redirectPort="8443" />


    由于可能是静态页面返回很快,设置500 800 1000线程效果都不怎么明显,如果是加项目应该会有所区别,所以线程池也并不是越多越好。

    Tomcat7和tomcat8性能都有所提升,所以池很重要,但是8和7的tps在都提高了2000左右。在修改线程池之后,查看jvm gc情况都良好,所以并没有在此调整jvm参数了。

    经过这么多分析也了解到了tomcat该如何调优了,以及tomcat7、tomcat8的一些性能区别了。

    由于测试的是静态页面,很多有些问题还没有涉及到,后续如果测试服务估计需要修改,调试排查的问题更多,到时候继续查看后续文章!!

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