如何在Docker里跑Java

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本篇內(nèi)容介紹了“如何在 Docker 里跑 Java”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓丸趣 TV 小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

背景：眾所周知，當(dāng)我們執(zhí)行沒有任何調(diào)優(yōu)參數(shù)（如“java-jar mypplication-fat.jar”）的 Java 應(yīng)用程序時，JVM 會自動調(diào)整幾個參數(shù)，以便在執(zhí)行環(huán)境中具有最佳性能。

但是許多開發(fā)者發(fā)現(xiàn)，如果讓 JVM ergonomics (即 JVM 人體工程學(xué)，用于自動選擇和行為調(diào)整)對垃圾收集器、堆大小和運(yùn)行編譯器使用默認(rèn)設(shè)置值，運(yùn)行在 Linux 容器（docker,rkt,runC,lxcfs 等）中的 Java 進(jìn)程會與我們的預(yù)期表現(xiàn)嚴(yán)重不符。

懶人超精簡閱讀版：

a.JVM 做不了內(nèi)存限制，一旦超出資源限制，容器就會出錯

b. 即使你多給些內(nèi)存資源，也沒什么卵用，只會錯上加錯

c. 解決方案：用 Dockfile 中的環(huán)境變量來定義 JVM 的額外參數(shù)

d. 更進(jìn)一步：使用由 Fabric8 社區(qū)提供的基礎(chǔ) Docker 鏡像來定義 Java 應(yīng)用程序, 將始終根據(jù)容器調(diào)整堆大小

詳細(xì)全文：

我們往往把容器當(dāng)虛擬機(jī)，讓它定義一些虛擬 CPU 和虛擬內(nèi)存。其實容器更像是一種隔離機(jī)制：它可以讓一個進(jìn)程中的資源（CPU，內(nèi)存，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等）與另一個進(jìn)程中的資源完全隔離。Linux 內(nèi)核中的 cgroups 功能用于實現(xiàn)這種隔離。

然而，一些從執(zhí)行環(huán)境收集信息的應(yīng)用程序已經(jīng)在 cgroups 存在之前就被執(zhí)行了。“top”，“free”，“ps”，甚至 JVM 等工具都沒有針對在容器內(nèi)執(zhí)行高度受限的 Linux 進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化。

1. 存在的問題

為了演示，我用“docker-machine create -d virtualbox –virtualbox-memory‘1024’docker1024”在 1GB RAM 的虛擬機(jī)中創(chuàng)建了 docker daemon。接下來，在一個虛擬內(nèi)存為 100MB 的容器里面跑三個不同的 Linux distribution，執(zhí)行“free -h”命令，結(jié)果是：它們都顯示了 995MB 的總內(nèi)存。

即使在 Kubernetes / OpenShift 集群中，結(jié)果也類似。

我在一個 15GB 內(nèi)存的集群中跑一個 Kubernetes Pod，并將 Pod 的內(nèi)存限制為 512M（通過“kubectl run mycentos –image=centos -it –limits=’memory=512Mi”命令實現(xiàn)），最后顯示的總內(nèi)存卻是 14GB。

如果想知道為什么會發(fā)生這種情況，建議您閱讀博客“Memoryinside Linux containers – Or why don’t free and top work in a Linux container?”(https://fabiokung.com/2014/03/13/memory-inside-linux-containers/)

docker switches（-m，-memory 和 -memory-swap）和 kubernetes switch（–limits）在進(jìn)程超過限制的情況下，會指示 Linux 內(nèi)核殺死該進(jìn)程；但 JVM 是完全不知道限制，所以在進(jìn)程超過限制的時候，糟糕的事情就發(fā)生了！

為了模擬在超過指定的內(nèi)存限制后被殺死的進(jìn)程，我們可以通過“docker run -it –name mywildfly -m=50m jboss/wildfly”命令在 50MB 內(nèi)存限制的容器中跑 WildFly 應(yīng)用 server，用“dockerstats”命令來檢查容器限制。

但是在幾秒鐘之后，Wildfly 的容器執(zhí)行將被中斷并顯示：*** JBossAS process (55) received KILL signal ***

“docker inspect mywildfly -f‘{{json.State}}”命令顯示由于 OOM（內(nèi)存不足），該容器已被殺死。注意容器“state”中的 OOMKilled = true。

2.JAVA 的應(yīng)用程序是如何被影響的？

在 docker daemon 里用 Dockerfile 中定義的參數(shù) -XX：+ PrintFlagsFinal 和 -XX：+ PrintGCDetails 起一個 java 應(yīng)用。

其中 machine:1GB RAM 容器內(nèi)存：限制為 150M（對于這個 Spring Boot 應(yīng)用，似乎夠用）

這些參數(shù)允許我們讀取初始 JVM 人機(jī)工程學(xué)參數(shù)，并了解有關(guān)垃圾收集（GC）執(zhí)行的詳細(xì)信息。

動手試一下：

我已經(jīng)在“/ api / memory /”上準(zhǔn)備了一個端點，它使用 String 對象加載 JVM 內(nèi)存來模擬消耗大量內(nèi)存的操作。我們來調(diào)用一次：

此端點將回復(fù)“分配超過 80%（219.8 MiB）的最大允許 JVM 內(nèi)存大小（241.7 MiB）”

在這里我們可以提至少兩個問題：

為什么 JVM 最大允許內(nèi)存 241.7 MiB？

如果這個容器將內(nèi)存限制為 150MB，那為什么它允許 Java 分配近 220MB？

首先，我們需要回顧一下 JVM 人機(jī)工程學(xué)頁面上關(guān)于“最大堆大小”的內(nèi)容: 是物理內(nèi)存的 1 /4。由于 JVM 不知道它在一個容器內(nèi)執(zhí)行，所以允許最大堆大小將接近 260MB。鑒于我們在容器初始化期間添加了 -XX：+ PrintFlagsFinal 標(biāo)志，我們可以檢查這個值：

其次，我們需要了解，當(dāng)我們在 docker 命令行中使用參數(shù)“-m 150M”時，docker daemon 將在 RAM 中限制 150M，在 Swap 中限制為 150M。因此，該過程可以分配 300M。這就解釋了為什么我們的進(jìn)程沒有被殺死。

docker 命令行中的內(nèi)存限制（-memory）和 swap（-memory-swap）之間的更多組合可以在這里 (https://docs.docker.com/engine/reference/run/#example-run-htop-inside-a-container) 找到。

3. 提供更多內(nèi)存是否靠譜？

不了解問題的開發(fā)者往往認(rèn)為環(huán)境不能為執(zhí)行 JVM 提供足夠的內(nèi)存。所以通常的解決辦法是提供更多內(nèi)存，這實際上會使事情變得更糟。

我們假設(shè)將 daemon 從 1GB 更改為 8GB（使用“docker-machinecreate -d virtualbox –virtualbox-memory‘8192’docker8192”創(chuàng)建），并將容器內(nèi)存從 150M 更改為 800M：

請注意這次，“curl http://`docker-machine ipdocker8192`:8080/api/memory”命令甚至沒有執(zhí)行完，因為在 8GB 環(huán)境中計算的 JVM 的 MaxHeapSize 為 2092957696 字節(jié)（?2GB）。檢查“docker logs mycontainer|grep -i MaxHeapSize”

該應(yīng)用將嘗試分配超過 1.6GB 的內(nèi)存，這超出了此容器的限制（RAM 中的 800MB + Swap 中的 800MB），并且該進(jìn)程將被殺掉。

很顯然，用增加內(nèi)存且讓 JVM 自定義參數(shù)的方式在容器里跑 Java，不是什么好主意。在容器內(nèi)部運(yùn)行 Java 應(yīng)用程序時，我們應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用程序需求和容器限制設(shè)置最大堆大小（-Xmx 參數(shù)）。

4. 解決方案

Dockerfile 的一個細(xì)微變化允許用戶指定一個環(huán)境變量來定義 JVM 的額外參數(shù)。檢查以下行：

現(xiàn)在我們可以使用 JAVA_OPTIONS 環(huán)境變量來通知 JVM 堆的大小。對于這個應(yīng)用程序，300M 就夠了。稍后可以檢查日志并獲取 314572800 字節(jié)（300MBi）的值

對于 docker，您可以使用“-e”switch 指定環(huán)境變量。

在 Kubernetes 中，您可以使用 switch“-env = [key = value]”設(shè)置環(huán)境變量：

再進(jìn)一步

如果可以根據(jù)容器限制自動計算堆的值，該怎么做？

使用由 Fabric8 社區(qū)提供的基礎(chǔ) Docker 鏡像，就可以搞定。這個鏡像 fabric8 / java-jboss-openjdk8-jdk 使用一個腳本來計算容器限制，并使用 50%的可用內(nèi)存作為上限。請注意，這個 50%的內(nèi)存比可以被復(fù)寫。您還可以使用此鏡像來啟用 / 禁用調(diào)試，診斷等。