JVM菜鸟进阶高手之路七:tomcat调优以及tomcat7、8性能对比

零度    2017/08/14    总阅读量

高并发、锁   思考   面试   实践   Netty   Linux   Redis   MySQL   Nginx   Maven   Git   ElasticSearch   Spring  

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!)。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tomcat7jdk7)与tomcat8jdk8)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。

public class StandardThreadExecutor extends LifecycleMBeanBase  
        implements Executor, ResizableExecutor {  
    //默认线程的优先级  
    protected int threadPriority = Thread.NORM_PRIORITY;  
    //守护线程  
    protected boolean daemon = true;  
    //线程名称的前缀  
    protected String namePrefix = "tomcat-exec-";  
    //最大线程数默认200个  
    protected int maxThreads = 200;  
    //最小空闲线程25个  
    protected int minSpareThreads = 25;  
    //超时时间为6000  
    protected int maxIdleTime = 60000;  
    //线程池容器  
    protected ThreadPoolExecutor executor = null;  
    //线程池的名称  
    protected String name;  
     //是否提前启动线程  
    protected boolean prestartminSpareThreads = false;  
    //队列最大大小  
    protected int maxQueueSize = Integer.MAX_VALUE;  
    //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  
    protected long threadRenewalDelay = 1000L;  
    //任务队列  
    private TaskQueue taskqueue = null;  
  
    //容器启动时进行,具体可参考org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()  
    @Override  
    protected void startInternal() throws LifecycleException {  
        //实例化任务队列  
        taskqueue = new TaskQueue(maxQueueSize);  
        //自定义的线程工厂类,实现了JDK的ThreadFactory接口  
        TaskThreadFactory tf = new TaskThreadFactory(namePrefix,daemon,getThreadPriority());  
        //这里的ThreadPoolExecutor是tomcat自定义的,不是JDK的ThreadPoolExecutor  
        executor = new ThreadPoolExecutor(getMinSpareThreads(), getMaxThreads(), maxIdleTime, TimeUnit.MILLISECONDS,taskqueue, tf);  
        executor.setThreadRenewalDelay(threadRenewalDelay);  
        //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  
        if (prestartminSpareThreads) {  
            executor.prestartAllCoreThreads();  
        }  
        //设置任务容器的父级线程池对象  
        taskqueue.setParent(executor);  
        //设置容器启动状态  
        setState(LifecycleState.STARTING);  
    }  
  
  //容器停止时的生命周期方法,进行关闭线程池和资源清理  
    @Override  
    protected void stopInternal() throws LifecycleException {  
  
        setState(LifecycleState.STOPPING);  
        if ( executor != null ) executor.shutdownNow();  
        executor = null;  
        taskqueue = null;  
    }  
  
    //这个执行线程方法有超时的操作,参考org.apache.catalina.Executor接口  
    @Override  
    public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {  
        if ( executor != null ) {  
            executor.execute(command,timeout,unit);  
        } else {   
            throw new IllegalStateException("StandardThreadExecutor not started.");  
        }  
    }  
  
    //JDK默认操作线程的方法,参考java.util.concurrent.Executor接口  
    @Override  
    public void execute(Runnable command) {  
        if ( executor != null ) {  
            try {  
                executor.execute(command);  
            } catch (RejectedExecutionException rx) {  
                //there could have been contention around the queue  
                if ( !( (TaskQueue) executor.getQueue()).force(command) ) throw new RejectedExecutionException("Work queue full.");  
            }  
        } else throw new IllegalStateException("StandardThreadPool not started.");  
    }  
  
    //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  
    @Override  
    public boolean resizePool(int corePoolSize, int maximumPoolSize) {  
        if (executor == null)  
            return false;  
  
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);  
        executor.setMaximumPoolSize(maximumPoolSize);  
        return true;  
    }  
}  

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:

<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"  
       maxThreads="350" minSpareThreads="20" prestartminSpareThreads="true"/>  
<Connector executor="tomcatThreadPool" acceptCount="300000"  
               port="8080" protocol="HTTP/1.1"  
               connectionTimeout="20000"  
               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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