容器環境的JVM記憶體設定實踐記錄

2022-03-24 19:00:14

Java Heap基礎知識

預設情況下，jvm自動分配的heap大小取決於機器設定，比如我們到一臺64G記憶體伺服器：

java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -Ei "maxheapsize|maxram"
    uintx DefaultMaxRAMFraction                     = 4                                   {product}
    uintx MaxHeapSize                              := 16875782144                         {product}
 uint64_t MaxRAM                                    = 137438953472                        {pd product}
    uintx MaxRAMFraction                            = 4                                   {product}
   double MaxRAMPercentage                          = 25.000000                           {product}
java version "1.8.0_192"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_192-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.192-b12, mixed mode)

可以看到，JVM 分配的最大MaxHeapSize為 16G，計算公式如下：

MaxHeapSize = MaxRAM * 1 / MaxRAMFraction

MaxRAMFraction 預設是4，意味著，每個jvm最多使用25%的機器記憶體。

但是需要注意的是，JVM實際使用的記憶體會比heap記憶體大：

JVM記憶體  = heap 記憶體 + 執行緒stack記憶體 (XSS) * 執行緒數 + 啟動開銷（constant overhead）

預設的XSS通常在256KB到1MB，也就是說每個執行緒會分配最少256K額外的記憶體，constant overhead是JVM分配的其他記憶體。

我們可以通過-Xmx 指定最大堆大小。

java -XX:+PrintFlagsFinal -Xmx1g -version | grep -Ei "maxheapsize|maxram"
    uintx DefaultMaxRAMFraction                     = 4                                   {product}
    uintx MaxHeapSize                              := 1073741824                          {product}
 uint64_t MaxRAM                                    = 137438953472                        {pd product}
    uintx MaxRAMFraction                            = 4                                   {product}
   double MaxRAMPercentage                          = 25.000000                           {product}
java version "1.8.0_192"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_192-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.192-b12, mixed mode)

此外，還可以使用XX:MaxRAM來指定。

java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=1g -version | grep -Ei

但是指定-Xmx或者MaxRAM需要了解機器的記憶體，更好的方式是設定MaxRAMFraction，以下是不同的Fraction對應的可用記憶體比例：

+----------------+-------------------+
| MaxRAMFraction | % of RAM for heap |
|----------------+-------------------|
| 1 | 100% |
| 2 | 50% |
| 3 | 33% |
| 4 | 25% |
+----------------+-------------------+

容器環境的Java Heap

容器環境，由於java獲取不到容器的記憶體限制，只能獲取到伺服器的設定：

$ docker run --rm alpine free -m
             total     used     free   shared  buffers   cached
Mem:          1998     1565      432        0        8     1244
$ docker run --rm -m 256m alpine free -m
             total     used     free   shared  buffers   cached
Mem:          1998     1552      445        1        8     1244

這樣容易引起不必要問題，例如限制容器使用100M記憶體，但是jvm根據伺服器設定來分配初始化記憶體，導致java程序超過容器限制被kill掉。為了解決這個問題，可以設定-Xmx或者MaxRAM來解決，但就想第一部分描述的一樣，這樣太不優雅了！

為了解決這個問題，Java 10 引入了 +UseContainerSupport（預設情況下啟用），通過這個特性，可以使得JVM在容器環境分配合理的堆記憶體。並且，在JDK8U191版本之後，這個功能引入到了JDK 8，而JDK 8是廣為使用的JDK版本。

UseContainerSupport

-XX:+UseContainerSupport允許JVM 從主機讀取cgroup限制，例如可用的CPU和RAM，並進行相應的設定。這樣當容器超過記憶體限制時，會丟擲OOM異常，而不是殺死容器。
該特性在Java 8u191 +，10及更高版本上可用。

注意，在191版本後，-XX:{Min|Max}RAMFraction 被棄用，引入了-XX:MaxRAMPercentage，其值介於0.0到100.0之間，預設值為25.0。

最佳實踐

拉取最新的openjdk:8-jre-alpine作為底包，截止這篇部落格，最新的版本是212，>191

docker run -it --rm openjdk:8-jre-alpine java -version
openjdk version "1.8.0_212"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.12.0) (Alpine 8.212.04-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.212-b04, mixed mode)

我們構建一個基礎映象，dockerfile如下：

FROM openjdk:8-jre-alpine
MAINTAINER jadepeng
RUN echo "http://mirrors.aliyun.com/alpine/v3.6/main" > /etc/apk/repositories 
    && echo "http://mirrors.aliyun.com/alpine/v3.6/community" >> /etc/apk/repositories 
    && apk update upgrade 
    && apk add --no-cache procps unzip curl bash tzdata 
    && ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime 
    && echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone
RUN apk add --update ttf-dejavu && rm -rf /var/cache/apk/*

在應用的啟動引數，設定 -XX:+UseContainerSupport，設定-XX:MaxRAMPercentage=75.0，這樣為其他程序（debug、監控）留下足夠的記憶體空間，又不會太浪費RAM。

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