JVM菜鸟进阶高手之路七（tomcat调优以及tomcat7、8性能对比）

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。



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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