Tomcat系列(9)——Tomcat 6方面调优(内存,线程,IO,压缩,缓存,集群)

摘要:
核心内存线程IO压缩缓存集群1。JVM内存优化Tomcat内存优化,但运行时性能和内存管理效率不高。默认情况下,在32位环境中直接运行Java程序会启用此模式。默认情况下(可以调整MinHeapFreeRatio参数),当可用堆内存小于40%时,当应用程序所需的内存超过堆的最大值时,虚拟机将提示内存溢出。我如何知道我的JVM可以使用最大值?使用javaXmx512M版本命令进行测试。
核心部分
  1. 内存
  2. 线程
  3. IO
  4. 压缩
  5. 缓存
  6. 集群
一、JVM内存优化

Tomcat内存优化,包括内存大小,垃圾回收策略。

Windows 下的catalina.bat,Linux 下的catalina.sh 

系统响应时间增快;

JVM回收速度增快同时又不影响系统的响应率;

JVM内存最大化利用;

线程阻塞情况最小化。

-server:一定要作为第一个参数,在多个 CPU 时性能佳,还有一种叫 -client 的模式,特点是启动速度比较快,但运行时性能和内存管理效率不高,通常用于客户端应用程序或开发调试,在 32 位环境下直接运行 Java 程序默认启用该模式。Server 模式的特点是启动速度比较慢,但运行时性能和内存管理效率很高,适用于生产环境,在具有 64 位能力的 JDK 环境下默认启用该模式,可以不配置该参数。

-Xms:表示 Java 初始化堆的大小,-Xms 与-Xmx 设成一样的值,避免 JVM 反复重新申请内存,导致性能大起大落,默认值为物理内存的 1/64,默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于 40% 时,JVM 就会增大堆直到 -Xmx 的最大限制。

-Xmx:表示最大 Java 堆的最大值,当应用程序需要的内存超出堆的最大值时虚拟机就会提示内存溢出,并且导致应用服务崩溃,因此一般建议堆的最大值设置为可用内存的最大值的80%。如何知道我的 JVM 能够使用最大值,使用 java -Xmx512M -version 命令来进行测试,然后逐渐的增大 512 的值,如果执行正常就表示指定的内存大小可用,否则会打印错误信息,默认值为物理内存的 1/4,默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于 70% 时,JVM 会减少堆直到-Xms 的最小限制。

-Xss:表示每个 Java 线程堆栈大小,JDK 5.0 以后每个线程堆栈大小为 1M,以前每个线程堆栈大小为 256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整,在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程,但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在 3000~5000 左右。一般小的应用, 如果栈不是很深, 应该是128k 够用的,大的应用建议使用 256k 或 512K,一般不易设置超过 1M,要不然容易出现out ofmemory。这个选项对性能影响比较大,需要严格的测试。

-XX:NewSize:设置新生代内存大小。

-XX:MaxNewSize:设置最大新生代新生代内存大小

-XX:PermSize:设置持久代内存大小

-XX:MaxPermSize:设置最大值持久代内存大小,永久代不属于堆内存,堆内存只包含新生代和老年代。

-XX:+AggressiveOpts:作用如其名(aggressive),启用这个参数,则每当 JDK 版本升级时,你的 JVM 都会使用最新加入的优化技术(如果有的话)。

-XX:+UseBiasedLocking:启用一个优化了的线程锁,我们知道在我们的appserver,每个http请求就是一个线程,有的请求短有的请求长,就会有请求排队的现象,甚至还会出现线程阻塞,这个优化了的线程锁使得你的appserver内对线程处理自动进行最优调配。

-XX:+DisableExplicitGC:在 程序代码中不允许有显示的调用“System.gc()”。每次在到操作结束时手动调用 System.gc() 一下,付出的代价就是系统响应时间严重降低,就和关于 Xms,Xmx 里的解释的原理一样,这样去调用 GC 导致系统的 JVM 大起大落。

-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置年老代为并发收集,即 CMS gc,这一特性只有 jdk1.5
后续版本才具有的功能,它使用的是 gc 估算触发和 heap 占用触发。我们知道频频繁的 GC 会造面 JVM
的大起大落从而影响到系统的效率,因此使用了 CMS GC 后可以在 GC 次数增多的情况下,每次 GC 的响应时间却很短,比如说使用了 CMS
GC 后经过 jprofiler 的观察,GC 被触发次数非常多,而每次 GC 耗时仅为几毫秒。

-XX:+UseParNewGC:对新生代采用多线程并行回收,这样收得快,注意最新的 JVM 版本,当使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 时,-XX:UseParNewGC 会自动开启。因此,如果年轻代的并行 GC 不想开启,可以通过设置 -XX:-UseParNewGC 来关掉。

-XX:MaxTenuringThreshold:设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话,则新生代对象不经过 Survivor 区,直接进入老年代。对于老年代比较多的应用(需要大量常驻内存的应用),可以提高效率。如果将此值设置为一 个较大值,则新生代对象会在 Survivor 区进行多次复制,这样可以增加对象在新生代的存活时间,增加在新生代即被回收的概率,减少Full GC的频率,这样做可以在某种程度上提高服务稳定性。该参数只有在串行 GC 时才有效,这个值的设置是根据本地的 jprofiler 监控后得到的一个理想的值,不能一概而论原搬照抄。

-XX:+CMSParallelRemarkEnabled:在使用 UseParNewGC 的情况下,尽量减少 mark 的时间。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:在使用 concurrent gc 的情况下,防止 memoryfragmention,对 live object 进行整理,使 memory 碎片减少。

-XX:LargePageSizeInBytes:指定 Java heap 的分页页面大小,内存页的大小不可设置过大, 会影响 Perm 的大小。

-XX:+UseFastAccessorMethods:使用 get,set 方法转成本地代码,原始类型的快速优化。

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly:只有在 oldgeneration 在使用了初始化的比例后 concurrent collector 启动收集。

-Duser.timezone=Asia/Shanghai:设置用户所在时区。

-Djava.awt.headless=true:这个参数一般我们都是放在最后使用的,这全参数的作用是这样的,有时我们会在我们的 J2EE 工程中使用一些图表工具如:jfreechart,用于在 web 网页输出 GIF/JPG 等流,在 winodws 环境下,一般我们的 app server 在输出图形时不会碰到什么问题,但是在linux/unix 环境下经常会碰到一个 exception 导致你在 winodws 开发环境下图片显示的好好可是在 linux/unix 下却显示不出来,因此加上这个参数以免避这样的情况出现。

-Xmn:新生代的内存空间大小,注意:此处的大小是(eden+ 2 survivor space)。与 jmap -heap 中显示的 New gen 是不同的。整个堆大小 = 新生代大小 + 老生代大小 + 永久代大小。在保证堆大小不变的情况下,增大新生代后,将会减小老生代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的 3/8。

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction:当堆满之后,并行收集器便开始进行垃圾收集,例如,当没有足够的空间来容纳新分配或提升的对象。对于 CMS 收集器,长时间等待是不可取的,因为在并发垃圾收集期间应用持续在运行(并且分配对象)。因此,为了在应用程序使用完内存之前完成垃圾收集周期,CMS 收集器要比并行收集器更先启动。因为不同的应用会有不同对象分配模式,JVM 会收集实际的对象分配(和释放)的运行时数据,并且分析这些数据,来决定什么时候启动一次 CMS 垃圾收集周期。这个参数设置有很大技巧,基本上满足(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100 >= Xmn 就不会出现 promotion failed。例如在应用中 Xmx 是6000,Xmn 是 512,那么 Xmx-Xmn 是 5488M,也就是老年代有 5488M,CMSInitiatingOccupancyFraction=90 说明老年代到 90% 满的时候开始执行对老年代的并发垃圾回收(CMS),这时还 剩 10% 的空间是 5488*10% = 548M,所以即使 Xmn(也就是新生代共512M)里所有对象都搬到老年代里,548M 的空间也足够了,所以只要满足上面的公式,就不会出现垃圾回收时的 promotion failed,因此这个参数的设置必须与 Xmn 关联在一起。

-XX:+CMSIncrementalMode:该标志将开启 CMS 收集器的增量模式。增量模式经常暂停 CMS 过程,以便对应用程序线程作出完全的让步。因此,收集器将花更长的时间完成整个收集周期。因此,只有通过测试后发现正常 CMS 周期对应用程序线程干扰太大时,才应该使用增量模式。由于现代服务器有足够的处理器来适应并发的垃圾收集,所以这种情况发生得很少,用于但 CPU情况。

-XX:NewRatio:年轻代(包括 Eden 和两个 Survivor 区)与年老代的比值(除去持久代),-XX:NewRatio=4 表示年轻代与年老代所占比值为 1:4,年轻代占整个堆栈的 1/5,Xms=Xmx 并且设置了 Xmn 的情况下,该参数不需要进行设置。

-XX:SurvivorRatio:Eden 区与 Survivor 区的大小比值,设置为 8,表示 2 个 Survivor 区(JVM 堆内存年轻代中默认有 2 个大小相等的 Survivor 区)与 1 个 Eden 区的比值为 2:8,即 1 个 Survivor 区占整个年轻代大小的 1/10。

-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器。

-XX:+UseParallelGC:设置为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即年轻代使用并行收集,而年老代仍使用串行收集。

-XX:+UseParallelOldGC:配置年老代垃圾收集方式为并行收集,JDK6.0 开始支持对年老代并行收集。

-XX:ConcGCThreads:早期 JVM 版本也叫-XX:ParallelCMSThreads,定义并发 CMS 过程运行时的线程数。比如 value=4 意味着 CMS 周期的所有阶段都以 4 个线程来执行。尽管更多的线程会加快并发 CMS 过程,但其也会带来额外的同步开销。因此,对于特定的应用程序,应该通过测试来判断增加 CMS 线程数是否真的能够带来性能的提升。如果还标志未设置,JVM 会根据并行收集器中的 -XX:ParallelGCThreads 参数的值来计算出默认的并行 CMS 线程数。

-XX:ParallelGCThreads:配置并行收集器的线程数,即:同时有多少个线程一起进行垃圾回收,此值建议配置与 CPU 数目相等。

-XX:OldSize:设置 JVM 启动分配的老年代内存大小,类似于新生代内存的初始大小 -XX:NewSize。
二、Tomcat线程调优

在server.xml中, 包括线程调优,取消DNS,压缩。

maxThreads :Tomcat 使用线程来处理接收的每个请求,这个值表示 Tomcat 可创建的最大的线程数,默认值是 200

minSpareThreads:最小空闲线程数,Tomcat 启动时的初始化的线程数,表示即使没有人使用也开这么多空线程等待,默认值是 10。

maxSpareThreads:最大备用线程数,一旦创建的线程超过这个值,Tomcat 就会关闭不再需要的 socket 线程。

    上边配置的参数,最大线程 500(一般服务器足以),要根据自己的实际情况合理设置,设置越大会耗费内存和 CPU,因为 CPU 疲于线程上下文切换,没有精力提供请求服务了,最小空闲线程数 20,线程最大空闲时间 60 秒,当然允许的最大线程连接数还受制于操作系统的内核参数设置,设置多大要根据自己的需求与环境。当然线程可以配置在“tomcatThreadPool”中,也可以直接配置在“Connector”中,但不可以重复配置。

URIEncoding:指定 Tomcat 容器的 URL 编码格式,语言编码格式这块倒不如其它 WEB 服务器软件配置方便,需要分别指定。

connnectionTimeout: 网络连接超时,单位:毫秒,设置为 0 表示永不超时,这样设置有隐患的。通常可设置为 30000 毫秒,可根据检测实际情况,适当修改。

enableLookups: 是否反查域名,以返回远程主机的主机名,取值为:true 或 false,如果设置为false,则直接返回IP地址,为了提高处理能力,应设置为 false。

disableUploadTimeout:上传时是否使用超时机制。

connectionUploadTimeout:上传超时时间,毕竟文件上传可能需要消耗更多的时间,这个根据你自己的业务需要自己调,以使Servlet有较长的时间来完成它的执行,需要与上一个参数一起配合使用才会生效。

acceptCount:指定当所有可以使用的处理请求的线程数都被使用时,可传入连接请求的最大队列长度,超过这个数的请求将不予处理,默认为100个。

keepAliveTimeout:长连接最大保持时间(毫秒),表示在下次请求过来之前,Tomcat 保持该连接多久,默认是使用 connectionTimeout 时间,-1 为不限制超时。

maxKeepAliveRequests:表示在服务器关闭之前,该连接最大支持的请求数。超过该请求数的连接也将被关闭,1表示禁用,-1表示不限制个数,默认100个,一般设置在100~200之间。


compression:是否对响应的数据进行 GZIP 压缩,off:表示禁止压缩;on:表示允许压缩(文本将被压缩)、force:表示所有情况下都进行压缩,默认值为off,压缩数据后可以有效的减少页面的大小,一般可以减小1/3左右,节省带宽。 compressionMinSize:表示压缩响应的最小值,只有当响应报文大小大于这个值的时候才会对报文进行压缩,如果开启了压缩功能,默认值就是2048。 compressableMimeType:压缩类型,指定对哪些类型的文件进行数据压缩。 noCompressionUserAgents="gozilla, traviata": 对于以下的浏览器,不启用压缩。 如果已经对代码进行了动静分离,静态页面和图片等数据就不需要 Tomcat 处理了,那么也就不需要配置在 Tomcat 中配置压缩了。

 

三、Tomcat IO 调优

Tomcat 连接器的三种方式: bio、nio 和 apr,三种方式性能差别很大,apr 的性能最优, bio 的性能最差。而 Tomcat 7 使用的 Connector  默认就启用的 Apr 协议,但需要系统安装 Apr 库,否则就会使用 bio 方式。

1:同步阻塞IO(JAVA BIO) 同步并阻塞,服务器实现模式为一个连接一个线程(one connection one thread 想想都觉得恐怖,线程可是非常宝贵的资源),当然可以通过线程池机制改善.

2:JAVA NIO:又分为同步非阻塞IO,异步阻塞IO 与BIO最大的区别one request one thread.可以复用同一个线程处理多个connection(多路复用).

3:,异步非阻塞IO(Java NIO2又叫AIO) 主要与NIO的区别主要是操作系统的底层区别.可以做个比喻:比作快递,NIO就是网购后要自己到官网查下快递是否已经到了(可能是多次),然后自己去取快递;AIO就是快递员送货上门了(不用关注快递进度)。

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序直观简单易理解.

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持.

AIO方式使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂,JDK7开始支持.

APR是从操作系统级别来解决异步的IO问题,大幅度的提高性能. (http://apr.apache.org/).

四、缓存和压缩

  对于静态页面最好是能够缓存起来,这样就不必每次从磁盘上读。这里我们采用了Nginx作为缓存服务器,将图片、css、js文件都进行了缓存,有效的减少了后端tomcat的访问。另外,为了能加快网络传输速度,开启gzip压缩也是必不可少的。但考虑到tomcat已经需要处理很多东西了,所以把这个压缩的工作就交给前端的Nginx来完成。除了文本可以用gzip压缩,其实很多图片也可以用图像处理工具预先进行压缩,找到一个平衡点可以让画质损失很小而文件可以减小很多。曾经我就见过一个图片从300多kb压缩到几十kb,自己几乎看不出来区别。

五、集群

  单个服务器性能总是有限的,最好的办法自然是实现横向扩展,那么组建tomcat集群是有效提升性能的手段。我们还是采用了Nginx来作为请求分流的服务器,后端多个tomcat共享session来协同工作。

摘录地址
  1. 【面试总结】--tomcat调优方案
  2. Java面试题Tomcat的优化经验
  3. 闲谈Tomcat性能优化
  4. Tomcat安装、配置、优化及负载均衡详解
  5. Tomcat学习总结(8)—— Tomcat常见面试题

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上篇【转】Java类加载原理解析同一服务器下发布两个不同网站(war包)的方法(这里采用的是二级域名的方法)下篇

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