Tomcat架构以及性能调优

爱被打了一巴掌 2022-02-20 00:37 348阅读 0赞

之前面试被问到过tomcat调优的问题，一直想着梳理一下这块的知识。最近查阅了一些资料，在这里汇总一下。如果大佬们发现有不对的地方，还请指正，谢谢。  
tomcat容器是一个轻型的应用服务器。专业的说法是JSP/Servlet容器。tomcat可以处理Html静态资源以及JSP/Servlet动态资源。

tomcat的架构图如下：  
![tomcat架构图][tomcat]  
简单理解如下：

![tomcat核心架构图][tomcat 1]  
架构图就是按照tomcat的核心配置文件server.xml进行分析汇总的。  
下面简单讲解一下各个元素的作用。  
顶层元素是一个Server元素,Server元素中默认带着两个属性  
1 .Server  
![tomcat的顶层server元素][tomcat_server]  
port代表tomcat服务接收停止服务的端口  
shutdown代表当接收到shutdown字符串时即关闭tomcat服务。

2 .Service  
![Service元素描述][Service]  
Service自身不是一个容器，它是一个包含若干Connector，和一个Engine的集合。  
Engine处理所有Connector收到的所有请求。

Service可以定义多个，如下：  
  
  
name为Catalina，Catalina是tomcat的小名，用来处理tomcat接收到的web请求  
name为Apache用来处理Apache服务器转发过来的web请求

3 .Connector  
![Connector元素描述][Connector]  
Connector，顾名思义是连接器，此模块负责监听来自客户端的请求  
调优的重点就在Connector模块。该元素可以配置多个。接收到的请求交给Engine元素  
port：接收请求的端口  
protocol：Connector使用的协议，目前可选值为3个。

BIO（同步阻塞模式。tomcat7以下默认）  
NIO（异步非阻塞模式。tomcat8以上默认）  
APR（Apache可移植运行时）配置比较复杂，需要安装APR库以及其他一些依赖库。但是对于高并发的处理性能最好

4 .Engine  
![在这里插入图片描述][20190413142414568.]  
Engine元素负责处理Connector传递下来的请求。  
name属性是Engine的逻辑名称，在日志和错误信息中会使用到  
defaultHost属性是默认主机，主机的概念，下面会提到。默认主机是如果所有的Host都不能匹配到，就会使用默认主机处理请求。

5 .Host  
![在这里插入图片描述][20190413142930323.]  
Host为虚拟主机。虚拟主机可以运行多个项目，我们的项目需要依赖虚拟主机才可以运行。就好比，java程序想要运行，需要依赖JVM类似。  
name属性是虚拟主机的名称  
appBase是项目部署的路径，默认是webapps路径。此处可以配置项目的绝对路径  
unpackWARs是war包需要解压之后运行。如果改为false，则直接运行war包  
autoDeploy是指自动部署  
6 .Context  
Context是Host容器中的一个子容器。我们标准的Server.xml配置文件中并没有这个元素。  
该元素指的就是实际的项目，也就是Servlet。

7 .GlobalNamingResources  
![在这里插入图片描述][20190413144150650.]  
可以把它理解成“全局资源”；Engine元素中的Realm元素会使用全局资源的配置。提供了一种用户密码与web应用的映射关系，从而达到角色安全管理的作用。不做研究。  
以上就是Tomcat的架构

下面说一下Tomcat的调优  
调优工作主要从以下几个方面进行  
**1 .tomcat启动模式  
2 .Tomcat连接池  
3 .禁用AJP协议  
4 .调节Tomcat的Jvm参数**

**tomcat的启动模式一共有三种**。  
1 .BIO（同步阻塞模式。tomcat7以下默认）  
如何配置：  
找到对应的Connector元素 (Connector元素可以有多个)  
将protocal属性改为：  
org.apache.coyote.http11.Http11Protocol  
![在这里插入图片描述][20190413145427605.]  
然后启动tomcat应用服务器  
在日志的末尾，可以看到如下日志  
![在这里插入图片描述][20190413145509866.]  
此时说明，启动模式已经改为了bio模式。  
2 .NIO（异步非阻塞模式。tomcat8以上默认）  
如何配置  
找到对应的Connector元素 (Connector元素可以有多个)  
将protocal属性改为：  
org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol  
![在这里插入图片描述][20190413145619790.]  
然后启动tomcat应用服务器  
在日志的末尾，可以看到如下日志：  
![在这里插入图片描述][2019041314570830.]  
此时说明，启动模式已经改为了nio模式。  
3 .APR（Apache可移植运行时）配置比较复杂，需要安装APR库以及其他一些依赖库。但是对于高并发的处理性能最好  
这种的配置有点复杂，需要装一堆依赖，感兴趣的自行百度吧。我就偷懒了。。。

**tomcat的线程池技术**  
tomcat线程池工作原理简要介绍：  
如果我们开启了minSpareThreads参数以及prestartminSpareThread参数。(两个参数的介绍见下文)此时，tomcat启动就会创建一部分线程，预热线程池，然后当并发请求数高于minSpareThreads参数时，tomcat就开始创建线程（注意这个地方和jdk原生的线程池是不一样的。jdk原生的线程池，如果请求数量高于核心线程，会将多余的请求放入队列，但是tomcat不能这么做。原因是：tomcat要保证请求的响应时间，所以只要能建线程就不放队列），当请求数多于maxThreads时，此时才会放入队列(tomcat队列的默认长度是Integer.MAX\_VALUE，这点要注意)，如果队列长度自定义了，当队列也满了，此时线程池执行拒绝策略，但是tomcat自己会catch住拒绝异常，然后重新尝试放入队列。当线程池不繁忙，线程的空闲时间超过了maxIdleTime时，Tomcat线程池就开始销毁线程，直到线程池线程数量达到minSapreThreas的数量才停止销毁。

此时，如何可以提高最大线程数呢?  
可以使用tomcat的线程池  
tomcat的线程池在Server.xml中的体现是元素。也就是执行器  
![在这里插入图片描述][20190413150137658.]  
从官方的注释中可以看出，连接池可以定义多个，通过name属性进行区分。  
在这里，我们就可以改变tomcat的最大线程。改为150  
然后Connector元素通过属性executor引用这个连接池即可。注意：Executor标签要配置在Connector元素之前，以便Connector元素引用。一旦在Connector中配置了executor元素，在Connector中的线程相关属性设置将会被忽略  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5ODM5MDc1_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
Executor元素中有很多可选属性，我简单列举一些常用的属性  
**maxThreads**：最大线程数。经验值范围为200-800。可以从400设置起再进行调优。这个一定要参考自己的机器性能，我之前有一台物理机，64G内存，16CPU，8核，可以使用**lscpu命令**查看具体的cpu信息。maxThreads可以直接设置到1600。jemter1500并发，报错率控制在了0.33%，相当优秀。但是要注意：不要以为自己机器内存很大，我就可以无限创建线程。线程数过多，线程上下文切换也会非常的频繁，导致cpu打满，cpu满了，请求就会无限的等待，直到超时报错。查看上下文切换次数的命令。  
vmstat ：监控系统上下文切换  
![在这里插入图片描述][20200317175414934.png]  
那个cs就是上下文切换的次数。如果可以看到，最大5万多  
pidstat -w -l -p pid。监控某个应用的上下文切换  
一般，上下文切换大概在几万。高的时候可能会达到几十万  
我们配置此参数时，可以使用top命令查看一下cpu的使用情况，先按top，然后按数字1，就可以查看每一个物理cpu的使用情况。压测时，使用率越高越好，得出一个maxThreads的临界值，然后根据此值调整业务  
**minSpareThreads**：此项属性开启，tomcat会在启动时预先创建一些线程。默认值为10。此项功能，可以预防流量突然激增。  
**prestartminSpareThreads**：当我们设置了minSpareThreads时，要注意开启这个值。此值默认为false。此值如果不手动设置为true，**minSpareThreads**的值不会生效。  
**maxQueueSize**：线程池队列的长度。默认值为Integer.MAX\_VALUE，当请求数超过maxThreads时，请求就开始放入队列。此处要注意，如果任务处理时间过长，不能使用默认值。否则会导致很多请求报超时错误  
**maxIdleTime**：当线程数多于minSpareThreads且线程空闲时。等待maxIdleTime时间，然后线程就开始销毁，一直销毁到线程的数量等于minSpareThreads停止。

***以上线程池相关参数配置在Executor元素中，下面的参数配置在Connector元素中***

**protocol**：tomcat启动模式。三种选择：  
org.apache.coyote.http11.Http11Protocol：bio  
org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol：nio  
org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol：apr  
这个参数的默认值是HTTP/1.1，这个默认值采取的启动策略为：  
当本地有apr依赖库，就启用apr模式。没有就启用bio模式  
**executor**：connector引用线程池，一旦待引用线程池存在。connector中配置的线程相关的属性将失效(***maxThreads，minSpareThreads，prestartminSpareThreads，maxQueueSize等参数***)  
**acceptCount**：经验值的范围为50-300(默认值100)当请求数超过tomcat的最大线程数后，tomcat允许进入请求队列的请求数。就是说，当请求超过200之后，tomcat允许继续访问acceptCount个数量的请求，放进队列等待。超过acceptCount数量后，后来的请求返回Connection refused错误  
**maxConnections**：（bio模式下和maxThreads一致，nio：10000，apr：8192。它的意思是：最大连接数。设置为-1，代表不限制连接数  
maxConnections+acceptCount = tomcat能接收的请求数  
超过maxConnections+acceptCount的和时，tomcat就会返回Connection refused错误。  
关于maxConnections，acceptCount，maxThreads，看到过一个很形象的举例。假想我们现在有一个餐厅，maxThreads就是厨师的数量，maxConnections就是餐厅的座位数，acceptCount就是排号的数量。首先maxConnections个数量的人可以直接进入餐厅就坐，等待厨师服务。超过maxConnections个数量的人，就开始从acceptCount队列中取号排号，当acceptCount队列中的号取完了，就开始拒绝再接待客人。  
**connectionTimeout**：经验值为2000-60000（默认值60000ms）当tomcat接受了连接，但是不能即时处理，会等待connectionTimeout时间。超过此时间，就返回客户端超时错误。此值单位为毫秒。如果设置为-1，将不限制超时  
**maxHttpHeaderSize**：HTTP请求和响应头的最大容量，以字节为单位，默认值为4096字节  
**tcpNoDelay**：默认值为true。如果为true，TCP\_NO\_DELAY选项将被设置为服务器上的套接字上，在大多数情况下，这样做可以提高性能。  
**compression**：连接器可以使用HTTP/1.1 GZIP压缩。可接受的参数是 “off”（禁用压缩）on（开启压缩，这将导致文本数据被压缩）force（强制在所有情况下压缩），或者是一个整数值（这是相当于on，但是设定了最小的数据压缩值，超过此值才会被压缩）  
**compressionMinSize**：最小的数据压缩值。超过此值，文本数据才会被压缩。  
**disableUploadTimeout**：禁用上传超时时间。上传时间没有超时。  
**connectionUploadTimeout**：上传超时时间。单位毫秒。只有disableUploadTimeout设置为false时有效。  
**redirectPort**：ssl协议转发端口。tomcat在接收http请求时，如果这时过来有个ssl的安全请求，会转发到8443端口。  
**enableLookups**：调用request.getRemoteHost()执行DNS查询，以返回远程主机的主机名，如果设置为false，则直接返回IP地址。  
**URIEncoding**：tomcat服务端编码。一般都是" UTF-8 "  
**SSLEnabled**：开启SSL加密传输。默认为false；

我们可以根据自己项目的实际情况去灵活的调整这些参数。  
调整完之后，我们可以访问tomcat的欢迎页，点击status标签，查看修改的参数值。进入status，需要输入tomcat的用户名/密码  
通过配置conf / tomcat-user.xml文件，加入以下元素  
![在这里插入图片描述][20190413150340591.]  
然后访问Tomcat的欢迎页  
点击页面中的status，即可进入Tomcat的管理页面

**禁用AJP协议**  
AJP协议是tomcat专门用来处理html静态文件的协议。如果我们网站采用的是nginx+tomcat的架构方式，那AJP协议就完全多余了。静态文件的访问，通过nginx完全就可以实现。AJP相对nginx来说，就复杂一点了，效率肯定没有nginx高。所以说，我们可以直接禁用AJP协议。  
禁用的方法也很简单。找到如下配置，直接全部注释掉就好了。  
![在这里插入图片描述][20190416115118398.]  
**提高tomcat的jvm内存参数**  
这个优化，对于tomcat的性能提高有很明显的变化。

linux系统配置方法:  
进入tomcat的bin目录  
编辑catalina.sh文件，将以上参数添加到catalina.sh文件的除注释外的第一行；  
JAVA\_OPTS="-server -Xms4096m -Xmx4096m -Dfile.encoding=UTF-8 -XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=512m -Djava.awt.headless=true"  
将以上参数添加到，catalina.sh文件的除注释外的第一行

windows系统配置方法:  
Set JAVA\_OPTS=-server -Xms2048m -Xmx2048m -Dfile.encoding=UTF-8 -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=600m -Djava.awt.headless=true  
配置位置:  
catalina.bat脚本中的116行和117行之间:  
![在这里插入图片描述][20190416120728478.]

配置注意事项:  
不要把MaxPermSize设置的太大，一般在600m即可；

Xms：堆最小内存  
Xmx：堆最大内存  
Dfile.encoding：服务端编码  
PermSize：非堆内存容量  
MaxPermSize：非堆内存最大容量  
Djava.awt.headless：支持在linux上，利用java作图形处理 (图片缩放，生成报表)

以上就是本次学习tomcat调优的一些总结。期间查阅了很多的资料，看了很多的帖子。这里就不一一列举了，感谢各位的分享。谢谢！  
发现有任何的问题，欢迎留言交流。

[tomcat]: /images/20220220/844205aa0ce649fbbbcf7b9c4dc27067.png
[tomcat 1]: /images/20220220/06065f15b6fd419597f4c67e80f1fb54.png
[tomcat_server]: /images/20220220/ae37d89e24b14f1aa4919d853714bbe4.png
[Service]: /images/20220220/9bb399ed80a44d029db8e4556c0d3cf2.png
[Connector]: /images/20220220/63ba63f522854d71a1d6d383b69e446a.png
[20190413142414568.]: /images/20220220/c720a7eb5d874ab0bd4efa610dfb4b0f.png
[20190413142930323.]: /images/20220220/8a695846b3084d8fb7cf77796e6fd876.png
[20190413144150650.]: /images/20220220/58dab8a8ceb54f2596d995d8f7e62102.png
[20190413145427605.]: /images/20220220/8716bc4f4e57476b86248b6a4260a945.png
[20190413145509866.]: /images/20220220/5cefcb4d20da47eda0ecc8b14119d5c8.png
[20190413145619790.]: /images/20220220/cf7f129ac29241f6b3e31465640c1efe.png
[2019041314570830.]: /images/20220220/798957faec7a48ad8e7d17c7f21abf1f.png
[20190413150137658.]: /images/20220220/ba772fdf35124644862658b7aaaac9ad.png
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