Java 服务 Docker 容器化优秀实践

开发 前端
在本教程中,我们将了解如何在运行 Java 进程的容器中设置 JVM 参数。本文将重点关注常见的 -Xmx 和-Xms 标志。

一、概述

当我们在容器中运行 Java 应用程序时,可能希望对其进行调整参数以充分利用资源。

在本教程中,我们将了解如何在运行 Java 进程的容器中设置 JVM 参数。本文将重点关注常见的 -Xmx 和-Xms 标志。

另外,我们还将研究使用某些 Java 版本运行的程序容器化的常见问题,以及如何在常见的容器化 Java 应用程序时设置自定义标志。

二、Java 容器中的默认堆设置

过去,JVM 不知道分配给容器的内存和 CPU。

Java 10 引入了一个新设置:+UseContainerSupport(默认启用)来修复 这个问题[3],并在 8u191[4] 中将修复反向移植到 Java 8 。

现在 JVM 可以根据分配给容器的内存计算其内存。

1. 自动内存计算

当不设置-Xmx和-Xmx参数时,JVM 会根据系统规格来调整堆大小。

看看堆大小:

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -Ei "maxheapsize|maxram"

输出结果如下:

openjdk version "15" 2020-09-15OpenJDK Runtime Environment AdoptOpenJDK (build 15+36)OpenJDK 64-Bit Server VM AdoptOpenJDK (build 15+36, mixed mode, sharing)   size_t MaxHeapSize      = 4253024256      {product} {ergonomic} uint64_t MaxRAM           = 137438953472 {pd product} {default}    uintx MaxRAMFraction   = 4               {product} {default}   double MaxRAMPercentage = 25.000000       {product} {default}   size_t SoftMaxHeapSize  = 4253024256   {manageable} {ergonomic}

我们看到 JVM 将其堆大小设置为可用 RAM 的大约 25%。在这个例子中,在一个 16GB 的系统上分配了 4GB。

出于测试目的,创建一个文件,名为PrintXmxXms.java,内容是以 MB 为单位打印堆大小,代码内容如下:

import java.lang.management.ManagementFactory;import java.lang.management.MemoryMXBean;public class PrintXmxXms {    public static void main(String[] args) {        int mb = 1024 * 1024;        MemoryMXBean memoryBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();        long xmx = memoryBean.getHeapMemoryUsage().getMax() / mb;        long xms = memoryBean.getHeapMemoryUsage().getInit() / mb;        System.out.println("Initial Memory (xms) : " + xms + "mb");        System.out.println("Max Memory (xmx) : " + xmx + "mb");    }}

假设已经安装了 JDK,可以编译程序并运行:

$ javac ./PrintXmxXms.java$ java -cp . PrintXmxXms

在 16Gb RAM 的主机上,输出结果为:

INFO: Initial Memory (xms) : 254mbINFO: Max Memory (xmx) : 4056mb

下面,在容器中尝试一下。

JDK 8u191 之前的版本在包含 PrintXmxXms.java 文件的文件夹中添加以下 Dockerfile:

FROM openjdk:8u92-jdk-alpineCOPY *.java /src/RUN mkdir /app \    && ls /src \    && javac /src/PrintXmxXms.java -d /appCMD ["sh", "-c", \     "java -version \      && java -cp /app PrintXmxXms"]

这里使用的容器使用旧版本的 Java 8,它早于更新版本中可用的容器支持。构建镜像:

$ sudo docker build -t oldjava .

Dockerfile 中的 CMD 行是运行容器时默认执行的进程。由于没有提供-Xmx或-XmsJVM 标志,内存设置将是默认设置。

运行容器:

$ sudo docker run --rm -ti oldjavaopenjdk version "1.8.0_92-internal"OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_92-...)OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.92-b14, mixed mode)Initial Memory (xms) : 198mbMax Memory (xmx) : 2814mb

现在使用--memory=1g命令行标志将容器内存限制为 1GB:

$ sudo docker run --rm -ti --memory=1g oldjavaopenjdk version "1.8.0_92-internal"OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_92-...)OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.92-b14, mixed mode)Initial Memory (xms) : 198mbMax Memory (xmx) : 2814mb

输出完全相同。这证明旧的 JVM 没有遵守容器内存限制。

  1. JDK 8u130 之后的版本使用相同的测试程序,更改 Dockerfile 的第一行来使用 JVM 8 的新版本:
FROM openjdk:8-jdk-alpine

然后再次做测试:

$ sudo docker build -t newjava .$ sudo docker run --rm -ti newjavaopenjdk 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)Initial Memory (xms) : 198mbMax Memory (xmx) : 2814mb

如上输出,使用整个 docker 主机内存来计算 JVM 堆大小。但是,如果为容器分配 1GB 的 RAM:

$ sudo docker run --rm -ti --memory=1g newjavaopenjdk 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)Initial Memory (xms) : 16mbMax Memory (xmx) : 247mb

这一次,JVM 根据容器可用的 1GB RAM 计算堆大小。

现在我们了解了 JVM 如何计算其默认值以及为什么需要一个最新的 JVM 来获得正确的默认值。

三、常用的基础镜像中内存设置

1.OpenJDK

与其直接在容器命令上硬编码 JVM 标志,不如使用环境变量。例如在Dockerfile 中使用 JAVA_OPTS 变量,可以在启动容器时对其进行修改:

FROM openjdk:8u92-jdk-alpineCOPY *.java /src/RUN mkdir /app \    && ls /src \    && javac /src/PrintXmxXms.java -d /appENV JAVA_OPTS=""CMD ["sh", "-c", \     "java -version \      && java $JAVA_OPTS -cp /app PrintXmxXms"]

构建镜像:

$ sudo docker build -t openjdk-java .

通过指定JAVA_OPTS环境变量在运行时选择内存设置:

$ sudo docker run --rm -ti -e JAVA_OPTS="-Xms50M -Xmx50M" openjdk-javaopenjdk version "1.8.0_92-internal"OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_92-internal-alpine-r1-b14)OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.92-b14, mixed mode)Initial Memory (xms) : 50mbMax Memory (xmx) : 48mb

注意:-Xmx 参数和 JVM 报告的 Max memory 之间存在细微差别。这是因为 Xmx 设置了内存分配池的最大大小,其中包括堆、垃圾收集器的幸存者空间和其他池。

2. Tomcat 9

Tomcat 9 容器有自己的启动脚本,因此要设置 JVM 参数,需要使用这些脚本。

bin/catalina.sh 脚本要求在环境变量 CATALINA_OPTS 中设置内存参数。

首先需要 创建一个 war 包 部署到 Tomcat。

然后,我们使用下面的Dockerfile 对其进行容器化,并在其中声明CATALINA_OPTS环境变量:

FROM tomcat:9.0COPY ./target/*.war /usr/local/tomcat/webapps/ROOT.warENV CATALINA_OPTS="-Xms1G -Xmx1G"

然后构建容器镜像并运行它:

$ sudo docker build -t tomcat .$ sudo docker run --name tomcat -d -p 8080:8080 \  -e CATALINA_OPTS="-Xms512M -Xmx512M" tomcat

注意:运行时,将新值传递给 CATALINA_OPTS。如果不提供这个值,会使用 Dockerfile 的第 3 行给出的默认值。

可以检查应用的运行时参数并验证选项-Xmx和-Xms是否存在:

$ sudo docker exec -ti tomcat jps -lv1 org.apache.catalina.startup.Bootstrap <other options...> -Xms512M -Xmx512M

四、使用构建插件

Maven 和 Gradle 提供的插件允许我们在没有Dockerfile的情况下创建容器镜像。生成的镜像通常可以在运行时通过环境变量进行参数化。

下面看几个例子。

1.使用 Spring Boot

从 Spring Boot 2.3 开始,Spring Boot Maven 和 Gradle 插件可以在没有 Dockerfile 的情况下高效构建容器。

使用 Maven 时,将它们添加到 spring-boot-maven-plugin 中的 <configuration>块中:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">  <groupId>com.baeldung.docker</groupId>  <artifactId>heapsizing-demo</artifactId>  <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>  <!-- dependencies... -->  <build>    <plugins>      <plugin>        <groupId>org.springframework.boot</groupId>        <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>        <configuration>          <image>            <name>heapsizing-demo</name>          </image>   <!--    for more options, check:    https://docs.spring.io/spring-boot/docs/2.4.2/maven-plugin/reference/htmlsingle/#build-image   -->        </configuration>      </plugin>    </plugins>  </build></project>

要构建项目,运行下面的命令:

$ ./mvnw clean spring-boot:build-image

这将产生一个名为 <artifact-id>:<version> 的镜像。在这个例子中产生的镜像名为:demo-app:0.0.1-SNAPSHOT。Spring Boot 底层使用 Cloud Native Buildpacks 作为容器化技术。

该插件对 JVM 的内存设置进行硬编码。但是,我们仍然可以通过设置环境变量JAVA_OPTS 或 JAVA_TOOL_OPTIONS 来覆盖:

$ sudo docker run --rm -ti -p 8080:8080 \  -e JAVA_TOOL_OPTIONS="-Xms20M -Xmx20M" \  --memory=1024M heapsizing-demo:0.0.1-SNAPSHOT

输出将与此类似:

Setting Active Processor Count to 8Calculated JVM Memory Configuration: [...][...]Picked up JAVA_TOOL_OPTIONS: -Xms20M -Xmx20M[...]

2.使用谷歌 JIB

就像 Spring Boot maven 插件一样,Google JIB 无需 Dockerfile 即可高效创建 Docker 镜像。Maven 和 Gradle 插件以类似的方式配置。Google JIB 还使用环境变量 JAVA_TOOL_OPTIONS 作为 JVM 参数的覆盖机制。

我们可以在任何能够生成可执行 jar 文件的 Java 框架中使用 Google JIB Maven 插件。例如,可以在 Spring Boot 应用程序中使用它来代替spring-boot-maven插件来生成容器镜像:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">    <!-- dependencies, ... -->    <build>        <plugins>            <!-- [ other plugins ] -->            <plugin>                <groupId>com.google.cloud.tools</groupId>                <artifactId>jib-maven-plugin</artifactId>                <version>2.7.1</version>                <configuration>                    <to>                        <image>heapsizing-demo-jib</image>                    </to>                </configuration>            </plugin>        </plugins>    </build></project>

镜像是使用 mvn jib:dockerBuild 命令构建的:

$ mvn clean install && mvn jib:dockerBuild

尝试运行:

$ sudo docker run --rm -ti -p 8080:8080 \-e JAVA_TOOL_OPTIONS="-Xms50M -Xmx50M" heapsizing-demo-jibPicked up JAVA_TOOL_OPTIONS: -Xms50M -Xmx50M[...]2021-01-25 17:46:44.070  INFO 1 --- [           main] c.baeldung.docker.XmxXmsDemoApplication  : Started XmxXmsDemoApplication in 1.666 seconds (JVM running for 2.104)2021-01-25 17:46:44.075  INFO 1 --- [           main] c.baeldung.docker.XmxXmsDemoApplication  : Initial Memory (xms) : 50mb2021-01-25 17:46:44.075  INFO 1 --- [           main] c.baeldung.docker.XmxXmsDemoApplication  : Max Memory (xmx) : 50mb

五、结论

在本文中,我们介绍了需要使用最新的 JVM 来获取在容器中默认内存设置。

然后,研究了在自定义容器映像中设置 -Xms 和 -Xmx 的最佳实践, 以及如何使用现有 Java 应用程序容器在其中设置 JVM 选项。

最后,我们看到了如何利用构建工具来管理 Java 应用程序的容器

责任编辑:华轩 来源: 今日头条
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