Tomcat 基礎優化

時間  2019-11-11
標籤 tomcat 基礎 優化 欄目 Tomcat 简体版
原文   原文鏈接

做者：北京運維javascript

本文檔是身邊一些朋友、技術大佬以前分享的一些筆記，記錄了 Tomcat 優化方法，筆記較多並且比較雜亂，通過整理、分類我我的以爲大體能夠從如下幾個方面優化 Tomcat：css

  1. Tomcat 運行模式
  2. Tomcat 配置優化
  3. JVM 優化
  4. 內核參數優化

1、修改 Tomcat 運行模式

Tomcat Connector有三種運行模式：html

  • bio：阻塞 IO bio 是三種運行模式中性能最低第一種。前端

  • nio：是一個基於緩衝區，並能提供非阻塞 I/O 操做的 JAVA API 所以 NIO 也成爲非阻塞 I/O，比 bio 擁有更好的併發性能（默認是 nio）。java

  • apr：調用 httpd 核心連接庫來讀取或文件傳輸，從而提升 tomcat 對靜態文件的處理性能。Tomcat APR 模式也是 Tomcat 在高併發下的首選運行模式。nginx

APR 模式文檔連接：http://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/apr.html算法

1.1 安裝 apr 和 apr-util

Apache Portable Runtime 是一個高度可移植的庫，是 Apache HTTP Server 2.x 的核心。APR 有許多用途，包括訪問高級 IO 功能（如sendfile，epoll 和 OpenSSL），操做系統級功能（隨機數生成，系統狀態等）和本機進程處理（共享內存，NT 管道和 Unix 套接字）。apache

$ cd /usr/local/src/
$ wget http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache//apr/apr-1.6.5.tar.gz
$ wget http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache//apr/apr-util-1.6.1.tar.gz
$ tar xf apr-1.6.5.tar.gz
$ cd apr-1.6.5
$ /configure --prefix=/usr/local/apr
$ make -j 2 && make install 
$ cd ../
$ tar xf apr-util-1.6.1.tar.gz
$ cd apr-util-1.6.1
$ ./configure --prefix=/usr/local/apr-util --with-apr=/usr/local/apr/

1.2 安裝 tomcat-native

tomcat-native 不用單獨下載，解壓縮 tomcat 程序包後再 bin/ 目錄下存在該程序的源碼包。json

$ tar xf apache-tomcat-8.5.38.tar.gz -C /usr/local/
$ ln -sv /usr/local/apache-tomcat-8.5.38/ /usr/local/tomcat
$ cp /usr/local/tomcat/bin/tomcat-native.tar.gz /usr/local/src/
$ tar xf tomcat-native.tar.gz
$ cd tomcat-native-1.2.21-src/
$ cd native/
$ ./configure --prefix=/usr/local/apr --with-java-home=/usr/local/jdk1.8.0_121/
$ make -j 2 && make install
$ vim /etc/profile
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/apr/lib ##添加apr path
$ source /etc/profile

1.3 修改 Tomcat 配置文件

一、修改 protocol 值vim

Tomcat 默認是 "HTTP/1.1" ，若是運行 apr 模式須要把 protocol 值修改爲 apr 模式：org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol 參考官方文檔中 protocol 說明：http://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/config/http.html#HTTP/1.1_and_HTTP/1.0_Support

$ cd /usr/local/tomcat/conf/
$ vim server.xml
<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />

二、修改 SSLEngine

<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="off" />

1.4 啓動 Tomcat 驗證

查看 catalina.out 日誌中最下面三行

-w1400

2、Tomcat 配置優化

2.1 增大隨機數熵池

你是否遇到過當你執行了 ./startup.sh 或者 ./catalina.sh start 後，訪問你的服務會一直轉啊轉啊，可能要幾分鐘才能正常提供服務。

緣由：

在apache-tomcat 官方文檔：如何讓 tomcat 啓動更快裏面提到了一些啓動時的優化項，其中一項是關於隨機數生成時，採用的 "熵源"(entropy source)的策略。提到 tomcat7 的 session id 的生成主要經過 java.security.SecureRandom 生成隨機數來實現，隨機數算法使用的是 」SHA1PRNG」 文章具體內容見下圖

-w1427

在 http://wiki.apache.org/tomcat/HowTo/FasterStartUp (Entropy Source 部分)有一段解釋。stackoverflow 上面也有一大批這方面的說明，因此這裏就再也不多作介紹。

2.1.1 使用僞隨機函數生成器

經過修改 Tomcat 啓動文件 -Djava.security.egd=file:/dev/urandom
經過修改 JRE 中的 java.security 文件 securerandom.source=file:/dev/urand

2.1.2 增大/dev/random的熵池（推薦）

安裝熵池服務 rngd

$ yum -y install rng-tools
$ systemctl start rngd
$ systemctl enable rngd

啓動服務後觀察 cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail 基本在三千左右。

2.2 隱藏 Tomcat 版本號

隱藏 Tomcat 版本號，不在優化內容範圍內，出於安全角度建議你們隱藏。

修改前以下：

-w836

$ cd /usr/local/tomcat/lib/
$ jar xf catalina.jar
$ cd org/apache/catalina/util/
$ vim ServerInfo.properties
# 修改下面信息
server.info=Apache Tomcat/8.5.38
server.number=8.5.38.0
server.built=Feb 5 2019 11:42:42 UTC
修改後爲
server.info=Apache Tomcat
server.number=0.0.0.0
server.built=Feb 5 2019 11:42:42 UTC

將修改後的信息壓縮回 jar 包：

$ cd  /usr/local/tomcat/lib
$ jar uvf catalina.jar org/apache/catalina/util/ServerInfo.properties
正在添加: org/apache/catalina/util/ServerInfo.properties(輸入 = 885) (輸出 = 512)(壓縮了 42%)

# 重啓 Tomcat

修改後再查看以下：

-w910

2.3 server.xml 配置文件優化

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
           connectionTimeout="40000"
           maxHttpHeaderSize="32768"
           redirectPort="8443"
           maxThreads="1000"
           minSpareThreads="100" 
           maxSpareThreads="1000"
           acceptorThreadCount="2" 
           acceptCount="2000"
           minProcessors="100"
           maxProcessors="2000"
           enableLookups="false"
           maxKeepAliveRequests="-1"
           keepAliveTimeout="-1"
           disableUploadTimeout="false"
           connectionUploadTimeout="150000"
           useSendfile="false" 
           URIEncoding="UTF-8" />

配置參數說明

protocol="HTTP/1.1"

maxHttpHeaderSize="8192"

maxThreads="1000" //最大線程數，默認200

minSpareThreads="100" //Tomcat初始化時建立的socket線程數，線程的最小運行數目，這些始終保持運行，若是未指定，默認值爲10

enableLookups="false"//關閉DNS反向查詢，若設爲true,則支持域名解析，可把ip地址解析爲主機名

compression="on"//打開壓縮功能

compressionMinSize="2048"

compressableMimeType="text/html,text/xml,text/javascript,text/css,text/plain"

connectionTimeout="20000"//表明鏈接超時時間，單位爲毫秒，默認值爲60000。一般狀況下設置爲30000

URIEncoding="utf-8"//URL統一編碼

acceptCount="1000"//監聽端口隊列最大數，滿了以後客戶請求會被拒絕（不能小於maxSpareThreads），若是未指定，默認值爲100

redirectPort="8443"//在須要基於安全通道的場合，把客戶請求轉發到基於SSL的redirectPort端口

disableUploadTimeout="true"/>//這個標誌容許servlet[Container](http://lib.csdn.net/base/4)在一個servlet執行的時候，使用一個不一樣的，更長的鏈接超時。最終的結果是給servlet更長的時間以便完成其執行，或者在數據上載的時候更長的超時時間。若是沒有指定，設爲false

禁用 AJP（若是你服務器沒有使用 Apache）

<!-- <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" /> -->

Tomcat 壓縮配置，建議在前端 nginx 上開啓壓縮。Tomcat 做爲應用服務器自己就很繁忙了。

compression="on"
compressionMinSize="2048"
compressableMimeType="text/html,text/xml,application/javascript,application/json,text/javascript,text/css,text/plain,image/gif,image/jpg,image/png"

3、JVM 優化

Java 程序調優，主要就是調『堆內存』和『垃圾回收機制』。

3.1 JVM 調優經常使用參數說明

參數 做用
-Xms 堆初始內存大小
-Xmx 堆最大內存大小
-Xmn 初始新生代內存大小，通常設置爲整個堆的 1/3到 1/4 左右
-XX:PrintGC 每次觸發GC的時候打印相關日誌
-XX:+PrintGCDetails 更詳細的GC日誌
-XX:SurvivorRatio=2 用來設置新生代中 Eden 空間和 from/to 空間比例，默認是 8 （Edem : from : to = 8 : 1 : 1）
-Dfile.encoding=UTF-8 設置字符集避免日誌中出現亂碼
-Dsun.jnu.encoding=UTF-8 設置字符集避免日誌中出現亂碼
-Duser.timezone=GMT+08 時區設置
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 堆異常報錯輸出
-XX:HeapDumpPath=path 設置在dump heap時將文件dump到哪裏。默認是當前目錄下 java_pidpid.hprof這樣形式的文件。
-XX:+UseParallelGC 選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用併發收集，而年老代仍舊使用串行收集
-XX:+UseParallelOldGC 配置年老代垃圾收集方式爲並行收集。
-XX:ParallelGCThreads=8 設置支持併發GC的線程數。

3.2 調優總結

在實際工做中，咱們能夠直接將初始堆大小(-Xms)與最大堆大小(-Xmx) 配置相等，這樣的好處就是能夠減小程序運行時垃圾回收的次數，從而提升效率。

新生代與老年代的設置比例：1:3 或者 1:4

4、內核參數優化

如下內核參數是工做環境中你們常常會看到的一些：

net.core.netdev_max_backlog = 32768
net.core.somaxconn = 32768
net.core.rmem_default = 8388608
net.core.wmem_default = 8388608
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024  65535
net.ipv4.route.gc_timeout = 100
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200
net.ipv4.tcp_timestamps = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
net.ipv4.tcp_mem = 94500000 915000000   927000000
net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

以上內核參數做用說明：

# cat /proc/sys/net/core/netdev_max_backlog
# 默認值：1000
# 做用：網卡設備將請求放入隊列的長度
net.core.netdev_max_backlog = 32768

# cat /proc/sys/net/core/somaxconn
# 默認值：128
# 做用：已經成功創建鏈接的套接字將要進入隊列的長度
net.core.somaxconn = 32768

# cat /proc/sys/net/core/rmem_default
# 默認值：212992
# 做用：默認的TCP數據接收窗口大小（字節）
net.core.rmem_default = 8388608

# cat /proc/sys/net/core/wmem_default
# 默認值：212992
# 做用：默認的TCP數據發送窗口大小（字節）
net.core.wmem_default = 8388608


# cat /proc/sys/net/core/rmem_max
# 默認值：212992
# 做用：最大的TCP數據接收窗口大小（字節）
net.core.rmem_max = 16777216

# cat /proc/sys/net/core/wmem_max
# 默認值：212992
# 做用：最大的TCP數據發送窗口大小（字節）
net.core.wmem_max = 16777216

# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
# 默認值：32768   61000
# 做用：可用端口的範圍
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024  65535

# cat /proc/sys/net/ipv4/route/gc_timeout
# 默認值 300
# 做用：路由緩存刷新頻率，當一個路由失敗後多長時間跳到另外一個路由
net.ipv4.route.gc_timeout = 100

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout
# 默認 60
# 做用：表示若是套接字由本端要求關閉，這個參數決定了它保持在FIN-WAIT-2狀態的時間
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30 

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time 
# 默認值：7200
# 做用：間隔多久發送1次keepalive探測包
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200  

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps 
# 默認值：1
# 做用：TCP時間戳，時間戳必需要開啓，不然下面的 TIME_WAIT 重用和快速回收無效
net.ipv4.tcp_timestamps = 1

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
# 默認值：0
# 做用：表示開啓TCP鏈接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認爲0，表示關閉。
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

######################## cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse
# 默認值：0
# 做用：針對 TIME-WAIT，作爲客戶端能夠啓用（例如，做爲nginx-proxy前端代理，要訪問後端的服務）
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries
# 默認值 2
# 做用：在內核放棄創建鏈接以前發送SYN包的數量。
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries
# 默認值 2
# 做用：爲了打開對端的鏈接，內核須要發送一個SYN並附帶一個迴應前面一個SYN的ACK。也就是所謂三次握手中的第二次握手。這個設置決定了內核放棄鏈接以前發送SYN+ACK包的數量。
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
#肯定 TCP 棧應該如何反映內存使用；每一個值的單位都是內存頁（一般是 4KB）。
#第一個值是內存使用的下限。
#第二個值是內存壓力模式開始對緩衝區使用應用壓力的上限。
#第三個值是內存上限。在這個層次上能夠將報文丟棄，從而減小對內存的使用。對於較大的 BDP 能夠增大這些值（可是要記住，其單位是內存頁，而不是字節）。
net.ipv4.tcp_mem = 94500000 915000000   927000000

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_orphans
# 默認值 16384
# 做用：系統中最多有多少個TCP套接字不被關聯到任何一個用戶文件句柄上。若是超過這個數字，孤兒鏈接將即刻被複位並打印出警告信息。這個限制僅僅是爲了防止簡單 的DoS攻擊，你絕對不能過度依靠它或者人爲地減少這個值，更應該增長這個值(若是增長了內存以後)。
net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
# 默認值：128
# 做用：增大SYN隊列的長度，容納更多鏈接
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

5、JVM 調優經常使用工具

5.1 爲 Tomcat 配置 JMX 鏈接

開啓 JMX 遠程鏈接之後，就能夠經過 jconsole 和 jvisualvm 兩個 JDK 內置工具鏈接 JMX 從而查看當前主機的 JVM 相關信息。

$ cd /usr/local/tomcat/bin/
# 默認狀況下，$CATALINA_HOME/bin 目錄下是沒有 setenv.sh，能夠本身新建此文件
$ vim setenv.sh
CATALINA_OPTS="-Djava.rmi.server.hostname=10.100.4.169
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8686
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false"
:wq

JMX 配置說明：

# 經過哪一個 IP 訪問本機的 JMX 
-Djava.rmi.server.hostname=10.100.4.169
# JMX 監聽的端口，默認 8686
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8686
# 是否須要用戶名密碼認證，默認 false
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
# 是否啓用 SSL
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false"

5.2 使用 jconsole 工具鏈接 JMX

Jconsole 是 JDK 自帶的監控工具，在 JDK/bin 目錄下能夠找到。它用於鏈接正在運行的本地或者遠程的 JVM，對運行在 java 應用程序的資源消耗和性能進行監控，並畫出大量的圖表，提供強大的可視化界面。

當你在 Windows 或者 Mac 下運行 jconsole 後就會在桌面彈出 jconsole 的控制檯，選擇遠程鏈接，輸入IP:端口 點擊鏈接

-w900

我這裏在配置 JMX 的時候沒有啓用 SSL 因此會提示不安全，點擊『不安全的鏈接』

-w900

jconsole工具

5.3 使用 jvisualvm 工具鏈接 JMX

jvisualvm 一樣是 JDK 內置的工具，使用方法與 jconsole 相似。功能上要比 jconsole 強大一些。推薦使用。

運行 jvisualvm 後一樣在桌面彈出一個控制檯窗口

-w1107

遠程 --> 添加主機 --> 添加 JMX 鏈接

-w1097

jvisualvm工具

5.4 jmap 工具

jmap 能夠輸出 Java 進程 內存中對象的工具。jmap 通常和 jhat 或者 MAT 配合使用，以圖像的形式直觀的展現當前內存是否有問題。

5.4.1 參數說明

-dump:[live,]format=b,file=<filename>
    以hprof二進制格式轉儲Java堆到指定filename的文件中。
    live子選項是可選的，若是指定了live子選項，堆中只有活動的對象會被轉儲。
    想要瀏覽heap dump，你可使用 jhat(Java堆分析工具) 或者 MAT 讀取生成的文件。
    
-finalizerinfo
    打印等待終結的對象信息。
    
-heap
    打印一個堆的摘要信息，包括使用的GC算法、堆配置信息和generation wise heap usage。
    
-histo[:live]
    打印每一個Java類、對象數量、內存大小(單位：字節)、徹底限定的類名。
    打印的虛擬機內部的類名稱將會帶有一個'*'前綴。
    若是指定了live子選項，則只計算活動的對象。
    
-permstat
    打印Java堆內存的永久保存區域的類加載器的智能統計信息。
    對於每一個類加載器而言，它的名稱、活躍度、地址、父類加載器、它所加載的類的數量和大小都會被打印。
    此外，包含的字符串數量和大小也會被打印。
    
-F
    強制模式。若是指定的pid沒有響應，請使用jmap -dump或jmap -histo選項。此模式下，不支持live子選項。
    
-h | -help
    打印幫助信息。
    
-J<flag>
    指定傳遞給運行jmap的JVM的參數。

5.4.2 例子

示例 一、jmap -histo <pid> 打印每一個Java類、對象數量、內存大小(單位：字節)、徹底限定的類名。

$ jmap -histo 14110

 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   1:         50994        7789848  [C
   2:         22160        6263680  [B
   3:          8527        1437176  [I
   4:         49099        1178376  java.lang.String
   5:            63         936248  [J
   6:         19118         611776  java.util.HashMap$Node
   7:          6243         549384  java.lang.reflect.Method
   8:          8948         509464  [Ljava.lang.Object;
   9:         10588         423520  java.util.TreeMap$Entry
  10:          3696         417952  java.lang.Class
  11:          1372         230544  [Ljava.util.HashMap$Node;
  12:          4760         228480  java.util.HashMap
  13:          4789         191560  java.util.HashMap$ValueIterator
  14:          5851         187232  java.io.File

B byte
C char
D double
F float
I int
J long
Z boolean
[ 數組，如[I表示int[]
[L+類名 其餘對象

示例 二、jmap -heap <pid> 查看進程堆內存使用狀況，包括使用的GC算法、堆配置參數和各代中堆內存使用狀況。

$ jmap -heap 14110

Attaching to process ID 14110, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.121-b13

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 2 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 134217728 (128.0MB)
   NewSize                  = 44564480 (42.5MB)
   MaxNewSize               = 44564480 (42.5MB)
   OldSize                  = 89653248 (85.5MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 19398656 (18.5MB)
   used     = 6316256 (6.023651123046875MB)
   free     = 13082400 (12.476348876953125MB)
   32.56027634079392% used
From Space:
   capacity = 12582912 (12.0MB)
   used     = 98304 (0.09375MB)
   free     = 12484608 (11.90625MB)
   0.78125% used
To Space:
   capacity = 12582912 (12.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 12582912 (12.0MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 89653248 (85.5MB)
   used     = 20189088 (19.253814697265625MB)
   free     = 69464160 (66.24618530273438MB)
   22.519081517269736% used

13984 interned Strings occupying 1890552 bytes.

示例 三、jmap -dump:format=b,file=<dumpFileName> <pid> 用jmap把進程內存使用狀況dump到文件中

$ jmap -dump:format=b,file=/tmp/123.hprof 14110
Dumping heap to /tmp/123.hprof ...
Heap dump file created

5.5 jhat 工具

jhat 能夠對 dump 出來的堆信息進行處理，以 html 頁面的形式展現出來。

執行 jhat /tmp/123.hprof便可，默認端口是 7000，訪問 http://localhost:7000 便可查看結果。經過 -port 指定端口。

-w1201

以上就是我整理出的 Tomcat 基礎優化方法，若是有不對的地方或者你有更好的建議，歡迎在評論區留言，謝謝。

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