JAVA：Tomcat性能优化加速Web应用的关键技术

比眉伴天荒 2024-04-20 12:20 6阅读 0赞

#### 1、简述 ####

在Web应用开发中，Tomcat作为一款开源的Java Servlet容器，扮演着至关重要的角色。然而，随着应用规模的扩大和访问量的增加，性能优化变得尤为重要。本文将介绍一些Tomcat性能优化的关键技术，帮助开发者更好地提升应用的响应速度和并发处理能力。  
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#### 2、端口 ####

在 Tomcat 目录下的 conf 文件夹 server.xml中找到 port 修改自己的端口号

#### 3、协议优化 ####

protocol：协议类型，可选类型有四种，分别为BIO（阻塞型IO），NIO，NIO2和APR。Tomcat默认是以BIO运行。  
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##### 3.1 BIO协议 #####

BIO：BIO(Blocking I/O)，顾名思义，即阻塞式I/O操作，表示Tomcat使用的是传统的Java I/O操作(即java.io包及其子包)。Tomcat在默认情况下，是以BIO模式运行的。遗憾的是，就一般而言，BIO模式是三种运行模式中性能最低的一种。BIO配置采用默认即可。

##### 3.2 NIO协议 #####

NIO：NIO(New I/O)，是Java SE 1.4及后续版本提供的一种新的I/O操作方式(即java.nio包及其子包)。Java NIO是一个基于缓冲区、并能提供非阻塞I/O操作的java API，因此nio也被看成是non-blocking I/O的缩写。它拥有比传统I/O操作(bio)更好的并发运行性能。要让Tomcat以NIO模式来运行也比较简单，我们只需要protocol类型修改为：

NIO2，是JDK7 开始支持，异步非阻塞 IO。

##### 3.3、APR协议 #####

APR：APR(Apache Portable Runtime/Apache可移植运行时)，是Apache HTTP服务器的支持库。你可以简单地理解为:Tomcat将以JNI的形式调用 Apache HTTP服务器的核心动态链接库来处理文件读取或网络传输操作，从而大大地提高 Tomcat对静态文件的处理性能。与配置 NIO运行模式一样，也需要将对应的 Connector节点的 protocol属性值改为：

#### 4、参数配置优化 ####

在Tomcat配置文件conf下面 server.xml 中的配置中和连接数相关的参数有：  
**minProcessors**：最小空闲连接线程数，用于提高系统处理性能，默认值为10  
**maxProcessors**：最大连接线程数，即：并发处理的最大请求数，默认值为75  
**acceptCount**：允许的最大连接数，应大于等于maxProcessors，默认值为100  
**enableLookups**：是否反查域名，取值为：true或false。为了提高处理能力，应设置为false  
**connectionTimeout**：网络连接超时，单位：毫秒。设置为0表示永不超时，这样设置有隐患的。通常可设置为30000毫秒。  
**tcpNoDelay**：如果为true，服务器socket会设置TCP\_NO\_DELAY选项，在大多数情况下可以提高性能。缺省情况下设为true。  
**maxHttpHeaderSize**：“8192” http 请求头信息的最大程度，超过此长度的部分不予处理。一般 8K。  
**URIEncoding**：“UTF-8” 指定 Tomcat 容器的 URL 编码格式。  
**disableUploadTimeout**：“true” 上传时是否使用超时机制  
参数调整：

改为：

#### 5、压缩参数优化 ####

HTTP 压缩可以大大提高浏览网站的速度，它的原理是，在客户端请求网页后，从服务器端将网页文件压缩，再下载到客户端，由客户端的浏览器负责解压缩并浏览。相对于普通的浏览过程 HTML,CSS,javascript , Text ，它可以节省 40%左右的流量。更为重要的是，它可以对动态生成的，包括 CGI、PHP , JSP , ASP , Servlet,SHTML 等输出的网页也能进行压缩，压缩效率惊人

**compression**=“on” 打开压缩功能  
**compressionMinSize**="2048"启用压缩的输出内容大小，默认为2KB  
**noCompressionUserAgents**=“gozilla,traviata” 对于以下的浏览器，不启用压缩  
**compressableMimeType**=“text/html,text/xml,text/javascript,text/css,text/plain”　哪些资源类型需要压缩

#### 6、内存优化 ####

内存方式的设置是在 catalina.sh 中，调整一下 JAVA\_OPTS 变量即可，因为后面的启动参数会把 JAVA\_OPTS 作为 JVM 的启动参数来处理。具体设置如下：

JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4"

其各项参数如下：  
**-Xmx3550m**：设置 JVM 最大可用内存为 3550M。  
**-Xms3550m**：设置 JVM 促使内存为 3550m。此值可以设置与-Xmx 相同，以避免每次垃圾回收完成后 JVM 重新分配内存。  
**-Xmn2g**：设置年轻代大小为 2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为 64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun 官方推荐配置为整个堆的 3/8。  
**-Xss128k**：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0 以后每个线程堆栈大小为 1M，以前每个线程堆栈大小为 256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在 3000~5000 左右。  
**-XX:NewRatio=4**:设置年轻代（包括 Eden 和两个 Survivor 区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为 4，则年轻代与年老代所占比值为 1：4，年轻代占整个堆栈的 1/5  
**-XX:SurvivorRatio=4**：设置年轻代中 Eden 区与 Survivor 区的大小比值。设置为4，则两个 Survivor 区与一个 Eden 区的比值为 2:4，一个 Survivor 区占整个年轻代的 1/6  
**-XX:MaxPermSize=16m**:设置持久代大小为 16m。  
**-XX:MaxTenuringThreshold=0**：设置垃圾最大年龄。如果设置为 0 的话，则年轻代对象不经过 Survivor 区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会Survivor 区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

#### 7、垃圾回收策略调优 ####

垃圾回收的设置也是在 catalina.sh 中，调整 JAVA\_OPTS 变量。具体设置如下：

JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100"

具体的垃圾回收策略及相应策略的各项参数如下：串行收集器（JDK1.5 以前主要的回收方式）  
\-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器 ，并行收集器（吞吐量优先）  
示例：

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100

**-XX:+UseParallelGC**：选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。  
**-XX:ParallelGCThreads=20**：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。  
**-XX:+UseParallelOldGC**：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0 支持对年老代并行收集  
**-XX:MaxGCPauseMillis=100**:设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM 会自动调整年轻代大小，以满足此值。  
**-XX:+UseAdaptiveSizePolicy**：设置此选项后，并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的 Survivor 区比例，以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收集器时，一直打开。  
并发收集器（响应时间优先）示例： java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k  
\-XX:+UseConcMarkSweepGC  
**-XX:+UseConcMarkSweepGC**：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，  
**-XX:NewRatio=4** 的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。  
**-XX:+UseParNewGC**: 设置年轻代为并行收集。可与 CMS 收集同时使用。JDK5.0 以上，JVM 会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值。  
**-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction**：由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行多少次 GC 以后对内存空间进行压缩、整理。  
**-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection**：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片。

#### 8、添加 JMS 远程监控 ####

对于部署在局域网内其它机器上的 Tomcat，可以打开 JMX 监控端口，局域网其它机器就可以通过这个端口查看一些常用的参数（但一些比较复杂的功能不支持），同样是在 JVM 启动参数中配置即可，配置如下：  
\-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false  
\-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false  
\-Djava.rmi.server.hostname=192.168.71.38 设置 JVM 的 JMS 监控监听的 IP地址，主要是为了防止错误的监听成 127.0.0.1 这个内网地址  
\-Dcom.sun.management.jmxremote.port=1090 设置 JVM 的 JMS 监控的端口  
\-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false 设置 JVM 的 JMS 监控不实用SSL  
\-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 设置 JVM 的 JMS 监控不需要认证

#### 9、分析工具 ####

使用 JDK 自带的 **jconsole** 可以比较明了的看到内存的使用情况，线程的状态，当前加载的类的总量等；  
JDK 自带的 **jvisualvm** 可以下载插件（如 GC 等），可以查看更丰富的信息。如果是分析本地的 Tomcat 的话，还可以进行内存抽样等，检查每个类的使用情况  
**IBM ISA，JProfiler、probe** 等，具体监控及分析方式去网上搜索即可

#### 10、调整数据库连接池 ####

数据库连接是Web应用性能的瓶颈之一。使用高效的连接池可以减少连接的创建和销毁开销。常用的连接池有Apache Commons DBCP、HikariCP等。在context.xml中配置数据源，选择合适的连接池。

#### 11、结论 ####

通过合理的JVM调优、启用压缩、静态资源优化以及数据库连接池配置，我们可以有效提升Tomcat的性能，使Web应用更具响应性和可伸缩性。在实际应用中，优化的效果可能因应用特性而异，因此建议在实际环境中进行性能测试和监控，不断优化和改进。

希望这些技术在你的Tomcat性能优化之路上能够起到一定的指导作用。

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