本文分享自華爲雲社區《Java應用容器化參數配置最佳實踐》，作者：可以交個朋友。
簡介
當你在物理機或者虛擬機上配置 JVM 參數時，JVM會默認使用主機上1/4的內存作爲堆內存，你也可以選擇使用-Xmx/-Xms 來指定 Java 堆內存大小。在容器化環境中，每個容器實例的內存大小由Cgroups配置決定，而低版本JVM對Cgroups的支持是不太友好的。本文主要探討JVM最佳參數配置
JDK與Cgroups的適配關係
JDK 1.8.0_131之前的版本
使用jdk 1.8.0_121版本鏡像啓動容器實例，不指定參數情況下，無法識別Cgroups內存限制，使用主機1/4的內存作爲最大堆內存
[root@172 ~]# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 7196 2557 299 117 4338 4219
Swap: 0 0 0
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u121 java -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 1.56G
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_121"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_121-8u121-b13-1~bpo8+1-b13)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)
使用-Xms和-Xmx指定初始堆內存和最大堆內存，jvm能正常識別
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u121 java -Xms512m -Xmx512m -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Min. Heap Size: 512.00M
Max. Heap Size: 512.00M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_121"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_121-8u121-b13-1~bpo8+1-b13)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)
JDK 1.8.0_131版本
使用jdk 1.8.0_131版本鏡像啓動容器，不指定參數，無法識別Cgroups內存限制，使用主機1/4的內存作爲最大堆內存
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u131 java -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 1.56G
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_131-8u131-b11-2-b11)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
使用-Xms和-Xmx指定初始堆內存和最大堆內存，jvm能正常識別
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u131 java -Xms512m -Xmx512m -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Min. Heap Size: 512.00M
Max. Heap Size: 512.00M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_131-8u131-b11-2-b11)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
在jdk 1.8.0_131版本開始，加入了兩個新參數-XX:+UnlockExperimentalVMOptions和-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap來動態感知容器的Cgroups內存限制，最大堆內存爲Cgroups內存限制的1/4
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u131 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 114.00M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_131-8u131-b11-2-b11)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
新參數-XX:+UnlockExperimentalVMOptions和-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap雖然能動態感知Cgroups內存限制，但是卻只能使用1/4，無法修改。此時可以使用另外兩個參數-XX:MaxRAMFraction和-XX:MinRAMFraction，參數值必須爲整數，取值參考如下表格：
| MaxRAMFraction/MinRAMFraction取值 | Cgroups內存限制的百分比 |
|---|---|
| 1 | 90% |
| 2 | 50% |
| 3 | 33% |
| 4 | 25% |
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u131 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XX:MaxRAMFraction=2 -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 228.00M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_131-8u131-b11-2-b11)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
最大堆內存爲Cgroups內存限制的50%，符合預期
JDK 1.8.0_191版本
使用jdk 1.8.0_191版本鏡像啓動容器，不指定參數，jvm能動態感知Cgroups內存限制，最大堆內存爲Cgroups內存限制的1/4
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u191-alpine java -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 123.75M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_191"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)
使用-Xms和-Xmx指定初始堆內存和最大堆內存，符合預期
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u191-alpine java -Xms512m -Xmx512m -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Min. Heap Size: 512.00M
Max. Heap Size: 512.00M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_191"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)
jdk 1.8.0_191版本開始，-XX:MaxRAMFraction和-XX:MinRAMFraction被棄用，使用MaxRAMPercentage和MinRAMPercentage來修改堆內存在Cgroups內存限制的佔比，參數值是Double類型必須帶小數點
[root@172 ~]# docker run -m 512Mi openjdk:8u191-alpine java -XX:MaxRAMPercentage=50.0 -XX:MinRAMPercentage=50.0 -XshowSettings:vm -version VM
VM settings:
Max. Heap Size (Estimated): 247.50M
Ergonomics Machine Class: server
Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
openjdk version "1.8.0_191"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)
總結
Xms和Xmx能適應所有JDK版本，但不能動態感知容器的Cgroups限制，且參數優先級最高，與其他參數一起配置時，其他參數不生效。-XX:+UnlockExperimentalVMOptions和-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap在1.8.0_131版本開始啓用，能動態感知容器的Cgroups限制，但最大堆內存只能使用容器Cgroups內存限制的1/4。-XX:MaxRAMFraction和-XX:MinRAMFraction在1.8.0_131版本開始啓用，可以修改堆內存佔容器Cgroups內存限制的百分比，但百分比的值不能自由指定(比如不能指定40%)，在1.8.0_191版本開始棄用。MaxRAMPercentage和MinRAMPercentage在1.8.0_191版本開始啓用，可以自定義修改堆內存佔容器Cgroups內存限制的百分比。
以上僅適用於容器採用Cgroups v1版本，在Cgroups v2版本中jdk需要1.8.0_372、11.0.16及更高版本才能動態感知Cgroups的內存限制
JVM參數配置建議
- 使用容器感知的 JDK 版本。對於使用 Cgroup V1 的集羣，需要升級至 1.8.0_191以及更高版本；對於使用 Cgroup V2 的集羣，需要升級至 1.8.0_372、11.0.16及更高版本。
- 由於Java應用使用的總內存不僅僅只有堆內存，還有堆外內存和直接內存。所以設置容器內存上限時必須大於堆內存，應該按照 Java 進程使用的內存量上浮 20%～30% 設置容器內存 limit。如果初次運行程序，並不瞭解其實際內存使用量，可以先設置一個較大的 limit 讓程序運行一段時間，根據監控獲取實際平均使用值對容器內存 limit 進行調整。
- 如果在容器內僅運行一個Java 應用程序，則將初始堆大小與最大堆大小最好配置相等。如果不相等，JVM會根據堆內存使用量在Xms與Xmx之間動態修改堆內存大小，導致額外的系統開銷和頻繁的垃圾回收。
- 使用
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError和-XX:HeapDumpPath參數，在JVM發生OOM時，自動生成dump文件。dump文件路徑最好是持久化掛載路徑避免容器重啓dump文件丟失。