前言

Tomcat作為一個Java Servlet容器，用于運行Web應用程序，其性能和吞吐量對于確保應用程序的快速響應和高效運行至關(guān)重要。

因此，Tomcat調(diào)優(yōu)是為了最大限度地提高系統(tǒng)的性能和可擴展性，以滿足高并發(fā)和大流量的需求。

由于Tomcat的運行依賴于JVM，從虛擬機的角度把Tomcat的調(diào)整分為外部環(huán)境調(diào)優(yōu)JVM和Tomcat自身調(diào)優(yōu)兩部分，當然操作系統(tǒng)（內(nèi)核參數(shù)）也需要配合調(diào)整優(yōu)化。 

Tomcat 在目前的網(wǎng)絡(luò)編程中是舉足輕重的，由于Tomcat的運行依賴于JVM，從虛擬機的角度把Tomcat的調(diào)整分為外部環(huán)境調(diào)優(yōu) JVM 和 Tomcat 自身調(diào)優(yōu)兩部分:

一、JVM

1.JVM 組成

1.1 JVM 組成部分：

• 類加載子系統(tǒng): 使用Java語言編寫.java Source Code文件，通過 javac 編譯成.class Byte Code文件。class loader 類加載器將所需所有類加載到內(nèi)存，必要時將類實例化成實例
• 運行時數(shù)據(jù)區(qū): 最消耗內(nèi)存的空間,需要優(yōu)化
• 執(zhí)行引擎: 包括JIT (JustInTimeCompiler)即時編譯器, GC垃圾回收器
• 本地方法接口: 將本地方法棧通過JNI(Java Native Interface)調(diào)用Native Method Libraries, 比如:C,C++庫等,擴展Java功能,融合不同的編程語言為Java所用

1.2jvm運行時，數(shù)據(jù)區(qū)的構(gòu)成：

• Method Area (線程共享)：方法區(qū)是所有線程共享的內(nèi)存空間，存放已加載的類信息(構(gòu)造方法,接口定義),常量(final),靜態(tài)變量(static), 運行時常量池等。但實例變量存放在堆內(nèi)存中. 從JDK8開始此空間由永久代改名為元空間
• heap (線程共享)：堆在虛擬機啟動時創(chuàng)建,存放創(chuàng)建的所有對象信息。如果對象無法申請到可用內(nèi)存將拋出OOM異常.堆是靠GC垃圾回收器管理的,通過-Xmx -Xms 指定最大堆和最小堆空間大小
• Java stack (線程私有)：Java棧是每個線程會分配一個棧，存放java中8大基本數(shù)據(jù)類型,對象引用,實例的本地變量,方法參數(shù)和返回值等,基于FILO()（First In Last Out）,每個方法為一個棧幀 1 50 %
• Program Counter Register (線程私有)：PC寄存器就是一個指針,指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼,每一個線程用于記錄當前線程正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址。由執(zhí)行引擎讀取下一條指令.因為線程需要切換，當一個線程被切換回來需要執(zhí)行的時候，知道執(zhí)行到哪里了
• Native Method stack (線程私有)：本地方法棧為本地方法執(zhí)行構(gòu)建的內(nèi)存空間，存放本地方法執(zhí)行時的局部變量、操作數(shù)等。 

1.3垃圾確定方法：

• 引用計數(shù): 每一個堆內(nèi)對象上都與一個私有引用計數(shù)器，記錄著被引用的次數(shù)，引用計數(shù)清零，該對象所占用堆內(nèi)存就可以被回收。循環(huán)引用的對象都無法將引用計數(shù)歸零，就無法清除。Python中即使用此種方式。 簡單來說就是有個筆記本，記錄有沒有人在用，缺陷，AB 資源互相調(diào)用
• 根搜索(可達)算法 Root Searching

2.垃圾回收基本算法

2.1 標記-清除 Mark-Sweep：

分垃圾標記階段和內(nèi)存釋放階段。

標記階段，找到所有可訪問對象打個標記。

清理階段，遍歷整個堆，對未標記對象(即不再使用的對象)逐一進行清理。

2.2 標記壓縮（壓實）Mark-Compact：

分垃圾標記階段和內(nèi)存整理階段。

標記階段，找到所有可訪問對象打個標記。

內(nèi)存清理階段時，整理時將對象向內(nèi)存一端移動，整理后存活對象連續(xù)的集中在內(nèi)存一端。

標記-壓縮算法好處是整理后內(nèi)存空間連續(xù)分配，有大段的連續(xù)內(nèi)存可分配，沒有內(nèi)存碎片。

缺點是內(nèi)存整理過程有消耗,效率相對低下。

2.3 復制 Copying：

先將可用內(nèi)存分為大小相同兩塊區(qū)域A和B，每次只用其中一塊，比如A。

當A用完后，則將A中存活的對象復制到B。

復制到B的時候連續(xù)的使用內(nèi)存，最后將A一次性清除干凈。

缺點是比較浪費內(nèi)存，只能使用原來一半內(nèi)存，因為內(nèi)存對半劃分了，復制過程畢竟也是有代價。

好處是沒有碎片，復制過程中保證對象使用連續(xù)空間,且一次性清除所有垃圾,所以效率很高。

過程：

2.4 多種算法總結(jié)：

沒有最好的算法,在不同場景選擇最合適的算法

• 效率: 復制算法>標記清除算法> 標記壓縮算法
• 內(nèi)存整齊度: 復制算法=標記壓縮算法> 標記清除算法
• 內(nèi)存利用率: 標記壓縮算法=標記清除算法>復制算法

2.5 STW （Stop The World）：

對于大多數(shù)垃圾回收算法而言，GC 線程工作時，停止所有工作的線程，稱為Stop The World。GC 完成時，恢復其他工作線程運行。這也是JVM運行中最頭疼的問題。

① 什么時候進入STW狀態(tài)?

可達性分析算法中枚舉根節(jié)點（GC Roots）會導致所有Java執(zhí)行線程停頓,進入STW狀態(tài)

② 為什么一定要STW停頓的原因?

分析工作必須在一個能確保一致性的快照中進行，一致性指整個分析期間整個執(zhí)行系統(tǒng)看起來像被凍結(jié)在某個時間點上，如果出現(xiàn)分析過程中對象引用關(guān)系還在不斷變化，則分析結(jié)果的準確性無法保證。被STW中斷的應用程序線程會在完成GC之后恢復，頻繁的中斷會讓用戶感覺卡頓。所以我們要減少STW的發(fā)生,也就相當于要想辦法降低GC垃圾回收的頻率，STW狀態(tài)和采用哪款GC收集器無關(guān)，所有的GC收集器都有這個狀態(tài),因為要保證一致性。 但是好的GC收集器可以減少停頓的時間。

3. 分代堆內(nèi)存GC策略：

3.1 堆內(nèi)存分代

上述垃圾回收算法都有優(yōu)缺點，能不能對不同數(shù)據(jù)進行區(qū)分管理，不同分區(qū)對數(shù)據(jù)實施不同回收策略，分而治之。

將heap內(nèi)存空間分為三個不同類別: 年輕代、老年代、持久代 

解釋：

Heap 堆內(nèi)存分為：

年輕代Young：Young Generation

• 伊甸園區(qū)eden: 只有一個,剛剛創(chuàng)建的對象
• 幸存(存活)區(qū)Servivor Space：有2個幸存區(qū)，一個是from區(qū)，一個是to區(qū)。大小相等、地位相          同、可互換。

老年代Tenured：Old Generation, 長時間存活的對象

默認空間大小比例:

規(guī)律: 一般情況*99%的對象都是臨時對象 

3.2 年輕代回收Minor GC：

• 起始時，所有新建對象(特大對象直接進入老年代)都出生在eden，當eden滿了，啟動**GC。這個稱為Young GC 或者 Minor GC。
• 先標記eden存活對象，然后將存活對象復制到s0（假設(shè)本次是s0，也可以是s1，它們可以調(diào)換），eden剩余所有空間都清空。GC完成。
• 繼續(xù)新建對象，當eden再次滿了，啟動GC。
• 先同時標記eden和s0中存活對象，然后將存活對象復制到s1。將eden和s0清空,此次GC完成
• 繼續(xù)新建對象，當eden滿了，啟動GC。
• 先標記eden和s1中存活對象，然后將存活對象復制到s0。將eden和s1清空,此次GC完成以后就重復上面的步驟。

通常場景下,大多數(shù)對象都不會存活很久，而且創(chuàng)建活動非常多，新生代就需要頻繁垃圾回收。但是，如果一個對象一直存活，它最后就在from、to來回復制，如果from區(qū)中對象復制次數(shù)達到閾值(默認15次,CMS為6次,可通過java的選項 -XX:MaxTenuringThreshold=N 指定)，就直接復制到老年代。

3.3 老年代回收 Major GC：：

進入老年代的數(shù)據(jù)較少，所以老年代區(qū)被占滿的速度較慢，所以垃圾回收也不頻繁。如果老年代也滿了,會觸發(fā)老年代GC,稱為Old GC或者 Major GC。

由于老年代對象一般來說存活次數(shù)較長，所以較常采用標記-壓縮算法。

當老年代滿時,會觸發(fā) Full GC,即對所有"代"的內(nèi)存進行垃圾回收

Minor GC比較頻繁，Major GC較少。但一般Major GC時，由于老年代對象也可以引用新生代對象，所以先進行一次Minor GC，然后在Major GC會提高效率?？梢哉J為回收老年代的時候完成了一次Full GC。所以可以認為 MajorGC = FullGC。

4. java 內(nèi)存調(diào)整相關(guān)參數(shù)

4.1 JVM 內(nèi)存常用相關(guān)參數(shù)

選項分類：

• -選項名稱   此為標準選項,所有HotSpot都支持
• -X選項名稱   為穩(wěn)定的非標準選項
• -XX:選項名稱   非標準的不穩(wěn)定選項，下一個版本可能會取消

-Xms 和 -Xmx 建議兩個值調(diào)一樣大小

標準選項：

[root@localhost ~]#java
用法: java  [-options] class [args...]
           (執(zhí)行類)
   或  java  [-options] -jar jarfile [args...]
           (執(zhí)行 jar 文件)
 
其中選項包括:
    -d32	  使用 32 位數(shù)據(jù)模型 (如果可用)
    -d64	  使用 64 位數(shù)據(jù)模型 (如果可用)
    -server	  選擇 "server" VM
                  默認 VM 是 server,
                  因為您是在服務器類計算機上運行。
 
 
    -cp <目錄和 zip/jar 文件的類搜索路徑>
 
    -classpath <目錄和 zip/jar 文件的類搜索路徑>
                  用 : 分隔的目錄, JAR 檔案
                  和 ZIP 檔案列表, 用于搜索類文件。
    -D<名稱>=<值>
                  設(shè)置系統(tǒng)屬性
    -verbose:[class|gc|jni]
                  啟用詳細輸出
    -version      輸出產(chǎn)品版本并退出
    -version:<值>
                  警告: 此功能已過時, 將在
                  未來發(fā)行版中刪除。
                  需要指定的版本才能運行
    -showversion  輸出產(chǎn)品版本并繼續(xù)
    -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search
                  警告: 此功能已過時, 將在
                  未來發(fā)行版中刪除。
                  在版本搜索中包括/排除用戶專用 JRE
    -? -help      輸出此幫助消息
 
 
    -X            輸出非標準選項的幫助
 
 
    -ea[:<packagename>...|:<classname>]
    -enableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  按指定的粒度啟用斷言
    -da[:<packagename>...|:<classname>]
    -disableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  禁用具有指定粒度的斷言
    -esa | -enablesystemassertions
                  啟用系統(tǒng)斷言
    -dsa | -disablesystemassertions
                  禁用系統(tǒng)斷言
    -agentlib:<libname>[=<選項>]
                  加載本機代理庫 <libname>, 例如 -agentlib:hprof
                  另請參閱 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help
    -agentpath:<pathname>[=<選項>]
                  按完整路徑名加載本機代理庫
    -javaagent:<jarpath>[=<選項>]
                  加載 Java 編程語言代理, 請參閱 java.lang.instrument
    -splash:<imagepath>
                  使用指定的圖像顯示啟動屏幕

非標準的穩(wěn)定選項：

[root@localhost ~]#java -X
    -Xmixed           混合模式執(zhí)行 (默認)
    -Xint             僅解釋模式執(zhí)行
    -Xbootclasspath:<用 : 分隔的目錄和 zip/jar 文件>
                      設(shè)置搜索路徑以引導類和資源
    -Xbootclasspath/a:<用 : 分隔的目錄和 zip/jar 文件>
                      附加在引導類路徑末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 : 分隔的目錄和 zip/jar 文件>
                      置于引導類路徑之前
    -Xdiag            顯示附加診斷消息
    -Xnoclassgc       禁用類垃圾收集
    -Xincgc           啟用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    將 GC 狀態(tài)記錄在文件中 (帶時間戳)
    -Xbatch           禁用后臺編譯
    -Xms<size>        設(shè)置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        設(shè)置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        設(shè)置 Java 線程堆棧大小
    -Xprof            輸出 cpu 配置文件數(shù)據(jù)
    -Xfuture          啟用最嚴格的檢查, 預期將來的默認值
    -Xrs              減少 Java/VM 對操作系統(tǒng)信號的使用 (請參閱文檔)
    -Xcheck:jni       對 JNI 函數(shù)執(zhí)行其他檢查
    -Xshare:off       不嘗試使用共享類數(shù)據(jù)
    -Xshare:auto      在可能的情況下使用共享類數(shù)據(jù) (默認)
    -Xshare:on        要求使用共享類數(shù)據(jù), 否則將失敗。
    -XshowSettings    顯示所有設(shè)置并繼續(xù)
    -XshowSettings:all
                      顯示所有設(shè)置并繼續(xù)
    -XshowSettings:vm 顯示所有與 vm 相關(guān)的設(shè)置并繼續(xù)
    -XshowSettings:properties
                      顯示所有屬性設(shè)置并繼續(xù)
    -XshowSettings:locale
                      顯示所有與區(qū)域設(shè)置相關(guān)的設(shè)置并繼續(xù)
 
-X 選項是非標準選項, 如有更改, 恕不另行通知。

有不穩(wěn)定選項的當前生效值:

[root@centos7 ~]#java -XX:+PrintFlagsFinal

查看所有不穩(wěn)定選項的默認值：

[root@centos7 ~]#java -XX:+PrintFlagsInitial

示例：

指定內(nèi)存空間：

#指定內(nèi)存空間
[root@centos7 ~]#java -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails -cp  . Heap
 
#Heap 是一個腳本文件

二、Tomcat 配置文件參數(shù)優(yōu)化

1. 常用的優(yōu)化相關(guān)參數(shù)

• 【redirectPort】如果某連接器支持的協(xié)議是HTTP，當接收客戶端發(fā)來的HTTPS   443 請求時，則轉(zhuǎn)發(fā)至此屬性定義的 8443 端口。 
• 【maxThreads】Tomcat使用線程來處理接收的每個請求，這個值表示Tomcat可創(chuàng)建的最大的線程數(shù)，即支持的最大并發(fā)連接數(shù)，默認值是 200。 
• 【minSpareThreads】最小空閑線程數(shù)，Tomcat 啟動時的初始化的線程數(shù)，表示即使沒有人使用也開這么多空線程等待，默認值是 10。 
• 【maxSpareThreads】最大備用線程數(shù)，一旦創(chuàng)建的線程超過這個值，Tomcat就會關(guān)閉不再需要的socket線程。默認值是-1（無限制）。一般不需要指定。 
• 【processorCache】進程緩沖器，可以提升并發(fā)請求。默認值是200，如果不做限制的話可以設(shè)置為-1，一般采用maxThreads的值或者-1。 
• 【URIEncoding】指定 Tomcat 容器的 URL 編碼格式，網(wǎng)站一般采用UTF-8作為默認編碼。 
• 【connnectionTimeout】網(wǎng)絡(luò)連接超時，單位：毫秒，設(shè)置為 0 表示永不超時，這樣設(shè)置有隱患的。通常默認 20000 毫秒就可以。 
• 【enableLookups】是否反查域名，以返回遠程主機的主機名，取值為：true 或 false，如果設(shè)置為 false，則直接返回 IP 地址，為了提高處理能力，應設(shè)置為 false。 
• 【disableUploadTimeout】上傳時是否使用超時機制。應設(shè)置為 true。 
• 【connectionUploadTimeout】上傳超時時間，畢竟文件上傳可能需要消耗更多的時間，這個根據(jù)你自己的業(yè)務需要自己調(diào)，以使Servlet有較長的時間來完成它的執(zhí)行，需要與上一個參數(shù)一起配合使用才會生效。 
• 【acceptCount】指定當所有可以使用的處理請求的線程數(shù)都被使用時，可傳入連接請求的最大隊列長度，超過這個數(shù)的請求將不予處理，默認為 100 個。 
• 【maxKeepAliveRequests】指定一個長連接的最大請求數(shù)。默認長連接是打開的，設(shè)置為1時，代表關(guān)閉長連接；為-1時，代表請求數(shù)無限制 
• 【compression】是否對響應的數(shù)據(jù)進行GZIP壓縮，off：表示禁止壓縮；on：表示允許壓縮（文本將被壓縮）、force：表示所有情況下都進行壓縮，默認值為 off，壓縮數(shù)據(jù)后可以有效的減少頁面的大小，一般可以減小 1/3 左右，節(jié)省帶寬。 
• 【compressionMinSize】表示壓縮響應的最小值，只有當響應報文大小大于這個值的時候才會對報文進行壓縮，如果開啟了壓縮功能，默認值就是 2048。 
• 【compressableMimeType】壓縮類型，指定對哪些類型的文件進行數(shù)據(jù)壓縮。 
• 【noCompressionUserAgents="gozilla, traviata"】對于以下的瀏覽器，不啟用壓縮 #如果已經(jīng)進行了動靜分離處理，靜態(tài)頁面和圖片等數(shù)據(jù)就不需做 Tomcat 處理，也就不要在 Tomcat 中配置壓縮了。

2. 編輯全局配置 

vim /usr/local/tomcat/conf/server.xml
......
<Connector port="8080" protocol="HTTP/11.1" 
connectionTimeout="20000" 
redirectPort="8443" 
--71行--插入
minSpareThreads="50" 
enableLookups="false" 
disableUploadTimeout="true" 
acceptCount="300" 
maxThreads="500" 
processorCache="500"
URIEncoding="UTF-8" 
maxKeepAliveRequests="100"
compression="on" 
compressionMinSize="2048" 
compressableMimeType="text/html,text/xml,text/javascript,text/css,text/plain,image/gif,image /jpg,image/png"/>

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。