容器中 Java 应用程序的内存和 CPU 如何分配？看这一篇就够了！
出品丨Docker公司（ID：docker-cn）
编译丨小东
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随着2018年的结束，我们将回顾排名前五的最受读者欢迎的文章。今天分享的第一篇文章，将帮助那些在容器中运行 Java 虚拟机（JVM）时遇到内存和 CPU 大小调整/使用困难的人，本文将解释如何在 Docker Desktop（Mac或Windows）和 Docker Enterprise 环境中改进 Docker 容器与 Java 10的集成。
许多应用程序都以容器的形式运行在 Java 虚拟机(JVM)中，其中包括 Apache Spark 和 Kafka 等数据服务以及旧的企业级应用程序。直到最近，在容器中运行 Java 虚拟机会出现内存和cpu大小以及使用方面的问题，从而导致性能损失。这是因为 Java 没有识别到它是在容器中运行的。随着 Java 10的发布，Java 虚拟机现在可以识别容器控制组（cgroups）设置的约束。内存和 cpu 约束都可以用于直接在容器中管理 Java 应用程序，包括：
- 遵守容器中设置的内存限制；
- 在容器中设置可用的 cpu；
- 在容器中设置 cpu 约束；
Docker Desktop（Mac 或 Windows）和 Docker Enterprise 环境都实现了 Java 10的改进。
容器内存限制
在 Java 9之前，Java 虚拟机无法识别容器使用标记设置的内存或CPU限制。在Java 10中，内存限制将自动进行识别并强制执行。
Java 将服务器类机器定义为具有2个 CPU 和 2GB 内存，默认堆大小为物理内存的1/4。 例如，Docker Enterprise Edition 安装有2GB内存和4个CPU。比较运行 Java 8和 Java 10之间容器的区别。首先，Java 8：
docker container run -it -m512 --entrypoint bash openjdk:latest
$ docker-java-home/bin/java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MaxHeapSize
uintx MaxHeapSize := 524288000 {product}
openjdk version "1.8.0_162"
最大堆大小为 512M 或 Docker EE 安装设置的 2GB 的1/4，而不是容器上设置的限制为512M。 相比之下，在 Java 10上运行相同的命令表明容器中设置的内存限制非常接近预期的128M：
docker container run -it -m512M --entrypoint bash openjdk:10-jdk
$ docker-java-home/bin/java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MaxHeapSize
size_t MaxHeapSize = 134217728 {product} {ergonomic}
openjdk version "10" 2018-03-20
设置可用的CPU
默认情况下，每个容器对主机 CPU 周期的访问权限是不受限制的。可以设置各种约束来限制给定容器对主机 CPU 周期的访问。Java 10可以识别出这些限制：
docker container run -it --cpus 2 openjdk:10-jdk
jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()
$1 ==> 2
分配给 Docker EE 的所有 CPU 获得相同比例的 CPU 周期。可以通过相对于所有其他正在运行的容器的权重更改容器的 CPU 份额权重来修改该比例。该比例仅适用于 CPU 密集型进程运行时。当一个容器中的任务空闲时，其他容器可以使用剩余的 CPU 时间。 实际的 CPU 时间量将根据系统上运行的容器数量而有所不同。这些可以在 Java 10中进行设置：
docker container run -it --cpu-shares 2048 openjdk:10-jdk
jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()
$1 ==> 2
“cpuset” 约束设置了哪些 cpu 允许在 Java 10中执行。
docker run -it --cpuset-cpus="1,2,3" openjdk:10-jdk
jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()
$1 ==> 3
分配内存和 CPU
使用 Java 10，容器设置可用于估计部署应用程序所需的内存和 CPU 分配。假设已经确定了容器中运行的每个进程的内存堆和 CPU 需求，并设置了 JAVA_OPTS。例如，如果您的应用程序分布在10个节点上，五个节点需要512Mb内存，每个节点占用 1024 CPU，另外五个节点需要256Mb内存，每个节点占用 512 CPU共享。请注意，1个CPU份额比例由 1024 表示。
对于内存，应用程序至少需要分配 5Gb 内存。
- 512Mb x 5 = 2.56 Gb
- 256Mb x 5 = 1.28 Gb
对于 CPU，应用程序需要分配8个CPU才能高效运行。
- 1024 x 5 = 5 CPUs
- 512 x 5 = 3 CPUs
最佳实践建议：分析应用程序以确定 Java 虚拟机中运行的每个进程的内存和 CPU 分配。无论如何，Java 10在调整容器大小时消除了猜测，预防了 Java 应用程序中的内存不足错误以及保障了分配足够的 CPU 来处理工作负载。