基于容器的Java内存参数解析

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简介: 在基于物理的服务器(此处主要与容器平台进行区分,故此描述)上运行Java应用程序时,我们通常会使用Java虚拟机参数"-Xms、-Xmx"来指定Java堆内存的初始值和最大值。如果要将我们的应用程序移植到容器平台,如何在容器环境中配置Java堆内存大小呢?有没有最佳做法?在本文中,我们将讨论可用于指定Java堆内存大小的JVM参数以及最优选择。

       在基于物理的服务器(此处主要与容器平台进行区分,故此描述)上运行Java应用程序时,我们通常会使用Java虚拟机参数"-Xms、-Xmx"来指定Java堆内存的初始值和最大值。如果要将我们的应用程序移植到容器平台,如何在容器环境中配置Java堆内存大小呢?有没有最佳做法?在本文中,我们将讨论可用于指定Java堆内存大小的JVM参数以及最优选择。

      在我们的容器环境中,通常可借助以下3个不同的选项来指定容器中的Java堆内存的大小。 具体:

       1、-XX:Min(Max)RAMFraction

       2、-XX:Min(Max)RAMPercentage

       3、-Xms、-Xmx

       下面针对这些JVM参数,我们进行简要的解析:     

1、-XX:Min(Max)RAMFraction

      此参数“-XX:MinRAMFraction”、“-XX:MaxRAMFraction”支持JDK版本:目前仅支持的版本为Java 8 update 131 to Java 8 update 190。因此,如果使用的是其他版本的JDK,则不能使用此选项。

      原理解析:

      假设我们已为容器分配了1 GB的内存,那么如果配置-XX:MaxRAMFraction = 2,则将为Java堆大小分配大约512GB(即1GB的1/2)。

      如果要使用“-XX:MaxRAMFraction” JVM参数,请确保传递这两个附加的JVM参数以及“ -XX:+UnlockExperimentalVMOptions与-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap”。仅当我们配置这两个JVM参数时,JVM才会从容器的内存大小中得出堆内存大小值,否则,它将从基础主机的内存大小中得出堆大小值。



[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% docker run -m 1GB openjdk:8u131 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XX:MaxRAMFraction = 2 
-XshowSettings:vm-版本VM设置:最高堆大小(估计):494.94M

     通过上面命令,我们可以看到docker容器的内存此时设置为“ 1GB ”(即-m 1GB)和“ -XX:MaxRAMFraction = 2 ”。基于此设置,JVM将最大堆大小分配为494.9MB(约为1GB大小的一半)。

     注意:“ -XX:MaxRAMFraction”和“ -XX:MinRAMFraction”均用于确定最大Java堆大小。JDK开发团队可以使用比“ -XX:MinRAMFraction”更好的名称。这个名称使我们认为,“-XX:MinRAMFraction”参数用于配置最小堆大小。但这不是真的。要了解有关它们差异的更多信息,请继续阅读本文。

     会有什么限制?以下为这种方法的缺陷:

     1、假设我们配置docker内存大小的40%,则必须设置“ -XX:MaxRAMFraction = 2.5”。当传递2.5作为值时,JVM将不会启动。这是因为“ -XX:MaxRAMFraction”只能接受整数值,而不能接受十进制值。请参阅以下示例,其中JVM无法启动。


[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% docker run -m 1GB openjdk:8u131 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XX:MaxRAMFraction=2.5 -XshowSettings:vm -version VM
Improperly specified VM option 'MaxRAMFraction=2.5'
Improperly specified VM option 'MaxRAMFraction=2.5'
Error: Could not create the Java Virtual Machine.
Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

   2、在此选项中,Java应用程序的堆大小将从容器的内存大小得出(因为它是分数基础)。假设如果我们的应用程序需要1GB的堆大小才能获得最佳性能,并且如果将容器配置为以小于1GB的内存大小运行,则我们的应用程序仍将运行,但是会遭受不良的性能特征。

     3、在现代Java版本中不建议使用此参数。从Java 8 update 131 to Java 8 update 190仅受支持。        

2、-XX:Min(Max)RAMPercentage

     此参数“ -XX:MaxRAMPercentage”、“-XX:MinRAMPercentage”支持JDK版本:Java 8 update 191及更高因此,如果在较早的JDK版本上运行,则不能使用此JVM参数。

      原理解析:

      假设我们已为容器分配了1 GB的内存,那么如果配置-XX:MaxRAMPercentage = 50,则将为我们的应用的Java堆大小分配大约512GB(即1GB的1/2)。


[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% docker run -m 1GB openjdk:10 java -XX:MaxRAMPercentage = 50 -XshowSettings:vm -version

      此处,我们可以看到Docker容器的内存此时设置为-m 1GB和-XX:MaxRAMPercentage = 50。根据此参数配置,JVM将最大堆大小分配为494.9MB(大约1GB的一半)。

     备注:网上有文章中,提到在传递“ -XX:MaxRAMPercentage”,“-XX:InitialRAMPercentage”,“-XX:MinRAMPercentage”时,需要传递JVM参数-XX。其实不是这样。JVM中的默认参数传递了“ -XX:+ UseContainerSupport”。因此,我们无需显式定义。

       会有什么限制?以下为这种方法的缺陷:

       1、Java的较早版本不支持此参数。仅Java 8更新191支持它。

      2、在此选项中,我们的Java应用程序的堆大小将由容器的内存大小得出(因为它是基于百分比的)。假设我们的应用程序需要1GB的堆大小才能获得最佳性能,并且如果将容器配置为以小于1GB的内存大小运行,则您的应用程序仍将运行,但是性能会很差。      

3. -Xmx

      此参数支持所有的JDK版本。

      原理解析:

     使用“ -Xmx” 此类型的JVM参数,我们可以指定细粒度的特定大小,例如512MB,1024MB。

      在非容器(传统物理服务器世界)环境下支持的-Xmx操作如下:


[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]%java -Xmx512m -XshowSettings:vm -version

      在容器环境下支持的-Xmx操作如下:


[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]%docker run -m 1GB openjdk:8u131 java -Xmx512m -XshowSettings:vm -version VM

    备注:如果分配的“-Xmx”多于容器的内存大小,则我们的应用程序将遇到“ java.lang.OutOfMemoryError:杀死进程或牺牲子进程” 等异常事件发生。

     无论我们使用什么选项来配置堆大小(即-XX:MaxRAMFraction、-XX:MaxRAMPercentage、-Xmx),请始终确保为我们的容器(即-m)分配的内存至少多25%堆大小值。假设我们已将-Xmx值配置为2GB,然后将容器的内存大小至少配置为2.5GB。即使我们的Java应用程序是将在容器上运行的唯一进程,也要执行此操作。因为许多工程师认为Java应用程序消耗的值不会超过-Xmx值。那是不对的。除了堆空间,应用程序还需要Java线程,垃圾回收,元空间,本机内存和套接字缓冲区的空间。所有这些组件都需要分配的堆大小之外的其他内存。除此之外,其他小型进程(例如APM代理,splunk脚本等)也将需要内存。

     如果仅在容器中运行Java应用程序,则将初始堆大小设置为与最大堆相同的大小值(即,使用“ -XX:InitialRAMFraction”、“-XX:InitialRAMPercentage”、“-Xms”)。设置初始堆大小和最大堆值相同具有某些优点。其中之一是:将减少垃圾收集的暂停时间。因为只要堆大小从初始分配的大小增加,它就会暂停JVM。当将初始堆大小和最大堆大小设置为相同时,可以避免这种情况。除此之外,如果我们没有分配的容器的内存大小,那么JVM甚至不会启动(这比在进行事务处理时遇到OutOfMemoryError更好)。

    在我看来,我倾向于使用-Xmx选项而不是-XX:MaxRAMFraction、-XX:MaxRAMPercentage选项来指定容器世界中的Java堆大小,原因如下:内存大小是决定应用程序性能的关键。它影响垃圾收集行为和性能特征,不希望该因素由容器的内存设置决定。

      使用“ -Xmx”,我可以设置512MB,256MB等细粒度/精度值。加之,-Xmx在所有Java版本上均受支持。



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