史上最强 Tomcat 8 性能优化来啦！

Posted 2021-04-04 攻城狮Luke

授人以鱼不如授人以渔

本博客的目的不在于给出最佳配置，而是带领开发者，能够从实际情况出发，通过不断的调节tomcat和jvm参数，去发现吞吐量，平均响应时间和错误率等信息的变化，同时根据服务器的cpu和内存等信息，结合接口的业务逻辑，最好是测试使用率最高，并发最大，或者是最重要的接口(比如下单支付接口)，设置最优的tomcat和jvm配置参数。

目的

通过Tomcat性能优化可以提高网站的并发能力。

Tomcat服务器在JavaEE项目中使用率非常高，所以在生产环境对Tomcat的优化也变得非常重要了。

对于Tomcat的优化，主要是从2个方面入手，一是Tomcat自身的配置，另一个是Tomcat所运行的jvm虚拟机的调优。

服务器资源

服务器所能提供CPU、内存、硬盘的性能对处理能力有决定性影响。硬件我们不说了，这个方面是钱越多越好是吧。

Tomcat配置优化

Linux环境安装运行Tomcat8

如果需要登录系统，必须配置tomcat用户，在安装完Tomcat后，进行如下操作

在/conf/tomcat-users.xml文件中的<tomcat-users>标签里面添加如下内容

  
    
    
  
 
   
<!-- 修改配置文件，配置tomcat的管理用户 -->
 
   
<role rolename="manager"/>
 
   
<role rolename="manager-gui"/>
 
   
<role rolename="admin"/>
 
   
<role rolename="admin-gui"/>
 
   
<user username="tomcat" password="tomcat" roles="admin-gui,admin,manager-gui,manager"/>
 
  

如果是tomcat7，配置了tomcat用户就可以登录系统了，但是tomcat8中不行，还需要修改另一个配置文件，否则访问不了，提示403，打开webapps/manager/META-INF/context.xml文件

  
    
    
  
 
   
<!-- 将Valve标签的内容注释掉，保存退出即可 -->
 
   
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 
   
<Context antiResourceLocking="false" privileged="true" >
 
   
  <!--<Valve className="org.apache.catalina.valves.RemoteAddrValve"
 
   
         allow="127.d+.d+.d+|::1|0:0:0:0:0:0:0:1" />-->
 
   
  <Manager sessionAttributeValueClassNameFilter="java.lang.(?:Boolean|Integer|Long|Number|String)|org.apache.catalina.filters.CsrfPreventionFilter$LruCache(?:$1)?|java.util.(?:Linked)?HashMap"/>
 
   
</Context>
 
  

打开浏览器进行访问10.172.0.202:8080

点击“Server Status”，输入用户名、密码进行登录，tomcat/tomcat

登录之后可以看到服务器状态等信息，主要包括服务器信息，JVM，ajp和http信息

AJP连接

在服务状态页面中可以看到，默认状态下会启用AJP服务，并且占用8009端口。

什么是AJP

AJP（Apache JServer Protocol）

AJPv13协议是面向包的。WEB服务器和Servlet容器通过TCP连接来交互；为了节省SOCKET创建的昂贵代价，WEB服务器会尝试维护一个永久TCP连接到servlet容器，并且在多个请求和响应周期过程会重用连接。

我们一般是使用nginx+Tomcat的架构，所以用不着AJP协议，把AJP连接器禁用。

修改conf下的server.xml文件，将AJP服务禁用掉即可。

  
    
    
  
 
   
<!-- 禁用AJP连接 -->
 
   
<!-- <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" /> -->
 
  

重启tomcat，查看效果。可以看到AJP服务已经不存在了。

执行器（线程池）

在tomcat中每一个用户请求都是一个线程，所以可以使用线程池提高性能。

修改server.xml文件：

  
    
    
  
 
   
<!--将注释打开-->
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="500" minSpareThreads="50" prestartminSpareThreads="true" maxQueueSize="100"/>
 
   
<!--
 
   
参数说明：
 
   
maxThreads：最大并发数，默认设置 200，一般建议在 500 ~ 1000，根据硬件设施和业务来判断
 
   
minSpareThreads：Tomcat 初始化时创建的线程数，默认设置 25
 
   
prestartminSpareThreads： 在 Tomcat 初始化的时候就初始化 minSpareThreads 的参数值，如果不等于 true，minSpareThreads 的值就没啥效果了
 
   
maxQueueSize，最大的等待队列数，超过则拒绝请求
 
   
-->
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

保存退出，重启tomcat，查看效果。

在页面中显示最大线程数为-1，这个是正常的，仅仅是显示的问题，实际使用的是指定的值。如果配置了一个Executor，则该属性的任何值将被正确记录，但是它将被显示为-1

3种运行模式

tomcat的运行模式有3种：

bio

性能非常低下，没有经过任何优化处理和支持

nio

nio(new I/O)，是Java SE 1.4及后续版本提供的一种新的I/O操作方式(即java.nio包及其子包)。Java nio是一个基于缓冲区、并能提供非阻塞I/O操作的Java API，因此nio也被看成是non-blocking I/O的缩写。它拥有比传统I/O操作(bio)更好的并发运行性能。Tomcat8默认使用nio运行模式。

apr

安装起来最困难，但是从操作系统级别来解决异步的IO问题，大幅度的提高性能

对于每种协议，Tomcat都提供了对应的I/O方式的实现，而且Tomcat官方还提供了在每种协议下每种I/O实现方案的差异， HTTP协议下的处理方式如下表，详情可查看Tomcat官网说明（https://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/config/http.html）

推荐使用nio，在tomcat8中有最新的nio2，速度更快，建议使用nio2

设置nio2：

  
    
    
  
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool"  port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

可以看到已经设置为nio2了。

部署测试用的web项目

为了方便测试性能，我们将部署一个java web项目，这个项目本身和本博客没有什么关系，仅仅用于测试。

注意：这里在测试时，我们使用一个新的tomcat，进行测试，后面再对其进行优化调整，再测试。

查看服务器信息

说明一下我的测试服务器配置，不同的服务器配置对Tomcat的性能会有所影响。

CentOS7服务器环境信息查看命令

查看Linux版本

查看Linux版本：cat /etc/centos-release

查看CPU个数

查看逻辑cpu个数：cat /proc/cpuinfo | grep “processor” | wc -l

查看物理cpu个数：cat /proc/cpuinfo | grep “physical id” | sort | uniq | wc -l

查看每个物理cpu的核数cores：cat /proc/cpuinfo | grep “cpu cores”

如果所有物理cpu的cores个数加起来小于逻辑cpu的个数，则该cpu使用了超线程技术。查看每个物理cpu中逻辑cpu的个数：cat /proc/cpuinfo | grep “siblings”

查看内存使用情况

查看内存占用情况：free -m

参数说明

Mem：内存的使用情况总览表。

total：机器总的物理内存 单位为：M

used：用掉的内存。

free：空闲的物理内存。

  
    
    
  
 
   
[root@localhost ~]# cat /etc/centos-release
 
   
CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)
 
   
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | wc -l
 
   
4
 
   
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq | wc -l
 
   
4
 
   
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores"
 
   
cpu cores       : 1
 
   
cpu cores       : 1
 
   
cpu cores       : 1
 
   
cpu cores       : 1
 
   
[root@localhost ~]# free -m
 
   
              total        used        free      shared  buff/cache   available
 
   
Mem:           7825         850        6241           9         733        6714
 
   
Swap:          8063           0        8063
 
  

部署web应用

上传war包到linux服务器，然后进行部署

我的web应用的名字叫tomcat-optimization，主要是提供了一个查询用户列表的接口，该接口会去阿里云数据库查询用户列表，没有任务业务逻辑的处理。

  
    
    
  
 
   
# 删除tomcat的/webapps/ROOT目录的所有文件
 
   
cd /webapps/ROOT
 
   
rm -rf *
 
   
# 上传war包到tomcat的/webapps/ROOT，然后解压
 
   
jar -xvf tomcat-optimization.war
 
   
rm -rf tomcat-optimization.war
 
   
# 进入tomcat的/bin目录重启tomcat
 
   
cd /bin
 
   
./shutdown.sh
 
   
./startup.sh
 
  

  
    
    
  
 
   
[{
 
   
    "id": 1,
 
   
    "account": "lilei",
 
   
    "password": "123456",
 
   
    "userName": "李雷",
 
   
    "gender": 1,
 
   
    "age": 15,
 
   
    "birthday": "2001-01-01 01:01:38",
 
   
    "createTime": "2016-03-01 19:09:55"
 
   
}, {
 
   
    "id": 2,
 
   
    "account": "hanmeimei",
 
   
    "password": "123456",
 
   
    "userName": "韩梅梅",
 
   
    "gender": 0,
 
   
    "age": 14,
 
   
    "birthday": "2002-01-01 01:01:38",
 
   
    "createTime": "2016-03-01 19:09:55"
 
   
}, {
 
   
    "id": 3,
 
   
    "account": "lucy",
 
   
    "password": "123456",
 
   
    "userName": "露西",
 
   
    "gender": 0,
 
   
    "age": 13,
 
   
    "birthday": "2003-01-01 01:01:38",
 
   
    "createTime": "2016-03-01 19:09:55"
 
   
}]
 
  

使用Apache JMeter进行性能测试

Apache JMeter是Apache组织开发的基于Java的压力测试工具。我们借助于此工具进行测试，将测试出tomcat的吞吐量等信息。

下载安装

注意：这里需要先安装好jdk8及其以上版本的环境，可以参考JDK安装与环境变量配置

（https://blog.csdn.net/ThinkWon/article/details/94353907）

直接将下载好的zip压缩包进行解压即可。

进入bin目录，找到jmeter.bat文件，双机打开即可启动。

JMeter启动页面

JMeter主页面

修改语言

默认的主题是黑色风格的主题并且语言是英语，这样不太方便使用，所以需要修改下语言。

设置语言为简体中文。

修改语言完成的界面

创建接口的测试用例

测试接口之前需要调整Windows环境配置，不然会报如下错误

JMeter java.net.BindException: Address already in use: connect

出现原因：

TCP/IP连接数不够或TIME_WAIT中存在很多链接，导致吞吐量低。

解决方案：

从问题的原因分析，有两种解决方案，一是增加预留给TCP/IP服务的临时端口的数量，二是加快被占用端口的释放速度。

解决办法：

1、打开注册表：regedit

2、HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSet ServicesTCPIPParameters

3、新建 DWORD值，name：TCPTimedWaitDelay，value：30（十进制） –> 设置为30秒，默认是240秒

4、新建 DWORD值，name：MaxUserPort，value：65534（十进制） –> 设置最大连接数65534

5、重启系统

第一步：设置测试计划的名称

第二步：添加线程组，使用线程模拟用户的并发

1000个线程，每个线程循环10次，也就是tomcat会接收到10000个请求。

第三步：添加http请求

设置http请求

第四步：添加请求监控

启动与进行接口测试

查看测试报告

在聚合报告中，重点看吞吐量。

调整Tomcat参数进行优化

通过上面测试可以看出，tomcat在不做任何调整时，吞吐量为697次/秒。这个吞吐量跟接口的业务逻辑关系很大，如果业务逻辑复杂，需要比较长时间计算的，可能吞吐量只有几十次/秒，我这里测试的时候没有添加任务业务逻辑，才会出现吞吐量为697次/秒的情况。这里的吞吐量最好是经过多次测试取平均值，因为单次测试具有一定的随机性

禁用AJP连接

修改conf下的server.xml文件，将AJP服务禁用掉即可。

<!-- <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" /> -->

这里经过9次测试，测试结果如下704 730 736 728 730 727 714 708 735 平均是723

可以看到，禁用AJP服务后，吞吐量会有所提升。

当然了，测试不一定准确，需要多测试几次才能看出是否有提升。

设置线程池

通过设置线程池，调整线程池相关的参数进行测试tomcat的性能。有关线程池更多更详细的配置参考Tomcat官网提供的配置详解

最大线程数为150，初始为4

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="150" minSpareThreads="4" prestartminSpareThreads="true"/>
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

经过9次测试，测试结果如下705 725 702 729 733 738 735 728 平均是724

最大线程数为500，初始为50

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="500" minSpareThreads="50" prestartminSpareThreads="true"/>
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

测试结果：733 724 718 728 734 721 720 723 平均725

吞吐量为725次/秒，性能有所提升。

最大线程数为1000，初始为200

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="1000" minSpareThreads="200" prestartminSpareThreads="true"/>
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

吞吐量为732，性能有所提升。

测试结果 737 729 730 738 735 726 725 740 平均732

最大线程数为5000，初始为1000

是否是线程数最多，速度越快呢？我们来测试下。

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="5000" minSpareThreads="1000" prestartminSpareThreads="true"/>
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

测试结果 727 733 728 725 738 729 737 735 739 平均732

可以看到，虽然最大线程已经设置到5000，但是实际测试效果并不理想，并且平均的响应时间也边长了，所以单纯靠提升线程数量是不能一直得到性能提升的。

设置最大等待队列数

默认情况下，请求发送到tomcat，如果tomcat正忙，那么该请求会一直等待。这样虽然可以保证每个请求都能请求到，但是请求时间就会边长。

有些时候，我们也不一定要求请求一定等待，可以设置最大等待队列大小，如果超过就不等待了。这样虽然有些请求是失败的，但是请求时间会虽短。典型的应用：12306。

  
    
    
  
 
   
<!--最大等待数为100-->
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="500" minSpareThreads="100" prestartminSpareThreads="true" maxQueueSize="100"/>
 
   
<!--在Connector中设置executor属性指向上面的执行器-->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="HTTP/1.1"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

测试结果：

• 平均响应时间：0.438秒，响应时间明显缩短

• 错误率：43.07%，错误率超过40%，也可以理解，最大线程为500，测试的并发为1000

• 吞吐量：1359次/秒，吞吐量明显提升

结论：响应时间、吞吐量这2个指标需要找到平衡才能达到更好的性能。

设置nio2的运行模式

将最大线程设置为500进行测试：

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="500" minSpareThreads="100" prestartminSpareThreads="true"/>
 
   
<!-- 设置nio2 -->
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"
 
   
               connectionTimeout="20000"
 
   
               redirectPort="8443" />
 
  

从测试结果可以看到，平均响应时间有缩短，吞吐量有提升，可以得出结论：nio2的性能要高于nio。

参数说明与最佳实践

具体参数参考官网说明（https://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/config/executor.html）

执行器参数说明(加粗是重点)

执行器最佳实践

此最佳配置仅供参考

  
    
    
  
 
   
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
 
   
        maxThreads="800" minSpareThreads="100" maxQueueSize="100"                                 prestartminSpareThreads="true"/>
 
  

连接器参数说明

可以看到除了这几个基本配置外并无特殊功能，所以我们需要对 Connector 进行扩展。

其中Connector 支持参数属性可以参考Tomcat官方网站站（https://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/config/http.html），本文就只介绍些常用的。

通用属性(加粗是重点)

标准实现(加粗是重点)

除了上面列出的常见的连接器属性，标准的HTTP连接器（BIO，NIO和APR/native）都支持以下属性。

连接器最佳实践

此最佳配置仅供参考

  
    
    
  
 
   
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080"                                                     protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol" 
 
   
           connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" 
 
   
           enableLookups="false" maxPostSize="10485760" URIEncoding="UTF-8"                         acceptCount="100" acceptorThreadCount="2" disableUploadTimeout="true"                    maxConnections="10000" SSLEnabled="false"/>
 
  

调整JVM参数进行优化

接下来，通过设置jvm参数进行优化，为了测试一致性，依然将最大线程数设置为500，启用nio2运行模式

设置并行垃圾回收器

在/bin/catalina.sh文件第一行添加如下参数，gc日志输出到/logs/gc.log

  
    
    
  
 
   
#年轻代、老年代均使用并行收集器，初始堆内存64M，最大堆内存512M
 
   
JAVA_OPTS="-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -Xms64m -Xmx512m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:../logs/gc.log"
 
  

测试结果与默认的JVM参数结果接近。

查看gc日志文件

将gc.log文件上传到gceasy.io查看gc中是否存在问题。上传文件后需要等待一段时间，需要耐心等待。

问题一：系统所消耗的时间大于用户时间

如果在报告中显示System Time greater than User Time，系统所消耗的时间大于用户时间，这反应出的服务器的性能存在瓶颈，调度CPU等资源所消耗的时间要长一些。

问题二：线程暂停时间有点长

可以关键指标中可以看出，吞吐量表现不错，但是gc时，线程的暂停时间稍有点长。

问题三：GC总次数过多

通过GC的统计可以看出：

• 年轻代的gc有100次，次数有点多，说明年轻代设置的大小不合适，需要调整

• FullGC有7次，说明堆内存的大小不合适，需要调整

问题四：年轻代内存不足导致GC

从GC原因的可以看出，年轻代大小设置不合理，导致了多次GC。

调整年轻代大小

调整jvm配置参数

JAVA_OPTS="-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -Xms128m -Xmx1024m -XX:NewSize=64m -XX:MaxNewSize=256m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:../logs/gc.log"

将初始堆大小设置为128m，最大为1024m，初始年轻代大小64m，年轻代最大256m

从测试结果来看，吞吐量以及响应时间均有提升。

查看gc日志

可以看到GC次数要明显减少，说明调整是有效的。

GC次数有所减少

设置G1垃圾回收器

  
    
    
  
 
   
#设置了最大停顿时间100毫秒，初始堆内存128m，最大堆内存1024m
 
   
JAVA_OPTS="-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -Xms128m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:../logs/gc.log"
 
  

测试结果

可以看到，吞吐量有所提升，评价响应时间也有所缩短。

G1集合阶段统计

JVM配置最佳实践

此最佳配置仅供参考

JAVA_OPTS="-Dfile.encoding=UTF-8-server -Xms1024m -Xmx2048m -XX:NewSize=512m -XX:MaxNewSize=1024m -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m -XX:MaxTenuringThreshold=10-XX:NewRatio=2 -XX:+DisableExplicitGC"

参数说明：

file.encoding 默认文件编码

-Xmx1024m 设置JVM最大可用内存为1024MB；

-Xms1024m 设置JVM最小内存为1024m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存；

-XX:NewSize 设置年轻代大小；

-XX:MaxNewSize 设置最大的年轻代大小；

-XX:PermSize 设置永久代大小；

-XX:MaxPermSize 设置最大永久代大小；

-XX:NewRatio=4 设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与终身代的比值（除去永久代）。设置为4，则年轻代与终身代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5；

-XX:MaxTenuringThreshold=0 设置垃圾最大年龄，默认为：15。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论；

-XX:+DisableExplicitGC 这个将会忽略手动调用GC的代码使得System.gc()的调用就会变成一个空调用，完全不会触发任何GC。

总结

通过上述的测试，可以总结出，对tomcat性能优化就是需要不断的进行调整参数，然后测试结果，可能会调优也可能会调差，这时就需要借助于gc的可视化工具来看gc的情况。再帮我我们做出决策应该调整哪些参数。

再次重申本博客的目的不在于给出最佳配置，而是带领开发者，能够从实际情况出发，通过不断的调节tomcat和jvm参数，去发现吞吐量，平均响应时间和错误率等信息的变化，同时根据服务器的cpu和内存等信息，结合接口的业务逻辑，最好是测试使用率最高，并发最大，或者是最重要的接口(比如下单支付接口)，设置最优的tomcat和jvm配置参数。