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）。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！！