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Java 10改进了对Docker容器的支持

2018.4.9
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许多运行在Java虚拟机中的应用程序（包括Apache Spark和Kafka等数据服务以及传统的企业应用程序）都可以在Docker容器中运行。但是在Docker容器中运行Java应用程序一直存在一个问题，那就是在容器中运行JVM程序在设置内存大小和CPU使用率后，会导致应用程序的性能下降。这是因为Java应用程序没有意识到它正在容器中运行。随着Java 10的发布，这个问题总算得以解决，JVM现在可以识别由容器控制组（cgroups）设置的约束。可以在容器中使用内存和CPU约束来直接管理Java应用程序，其中包括：

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

Java 10的这个改进在Docker for Mac、Docker for Windows以及Docker Enterprise Edition等环境均有效。

容器的内存限制

在Java 9之前，JVM无法识别容器使用标志设置的内存限制和CPU限制。而在Java 10中，内存限制会自动被识别并强制执行。

Java将服务器类机定义为具有2个CPU和2GB内存，以及默认堆大小为物理内存的1/4。例如，Docker企业版安装设置为2GB内存和4个CPU的环境，我们可以比较在这个Docker容器上运行Java 8和Java 10的区别。

首先，对于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512M限制。

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与预期的128M非常接近：

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周期的访问是无限的。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会获得相同比例的CPU周期。这个比例可以通过修改容器的CPU share权重来调整，而CPU share权重与其它所有运行在容器中的权重相关。此比例仅适用于正在运行的CPU密集型的进程。当某个容器中的任务空闲时，其他容器可以使用余下的CPU时间。实际的CPU时间的数量取决于系统上运行的容器的数量。这些可以在Java 10中设置：

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，可以使用容器设置来估算部署应用程序所需的内存和CPU的分配。我们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配置。例如，如果有一个跨10个节点分布的应用程序，其中五个节点每个需要512Mb的内存和1024个CPU-shares，另外五个节点每个需要256Mb和512个CPU-shares。

请注意，1个CPU share比例由1024表示。

对于内存，应用程序至少需要分配5Gb。