Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

时间:2024-04-14 14:27:43

1 前言

前两天有同事发现,通过华为云 ServiceStage 的流水线部署基于模板创建的 CSEJavaSDK demo 服务时,会在容器启动过程中报错。初步排查是由于 JVM 占用的内存超出了 docker 内存配额的上限,导致容器被 kill 掉。于是我们需要排查一下问题出在哪里,为什么以前没有这类问题,而现在却发生了。

2 基本定位

要确定 docker 容器内存超限问题的直接原因并不难。直接进入docker容器,执行 top 命令,我们发现宿主机是一台8核16G的机器,而且 docker 并不会屏蔽这些信息,也就是 JVM 会认为自己工作于一台 16G 内存的机器上。而查看 demo 服务的 Dockerfile,发现运行服务时并没有对 JVM 的内存进行任何限制,于是 JVM 会根据默认的设置来工作 —— 最大堆内存为物理内存的1/4(这里的描述并不完全准确,因为 JVM 的默认堆内存大小限制比例其实是根据物理内存有所变化的,具体内容请自行搜索资料),而基于模板创建的 ServiceStage 流水线,在部署应用堆栈的时候会把 docker 容器的内存配额默认设置为 512M,于是容器就会在启动的时候内存超限了。至于以前没有碰到过这种问题的原因,只是因为以前没将这么高规格的 ECS 服务器用于流水线部署应用堆栈。

在查询过相关资料后,我们找到了两种问题解决方案,一个是直接在 jar 包运行命令里加上 -Xmx 参数来指定最大堆内存,不过这种方式只能将 JVM 堆内存限制为一个固定的值;另一个方法是在执行 jar 包时加上 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap 参数,让 JVM 能够感知到docker容器所设置的 cgroup 限制,相应地调整自身的堆内存大小,不过这个特性是 JDK 8u131 以上的版本才具备的。

最终,我们提醒 ServiceStage 流水线的同学将 CSEJavaSDK demo 的创建模板做了改进,在 Dockerfile 中将打包的基础镜像版本由原先的 java:8u111-jre-alpine 升级为了 openjdk:8u181-jdk-alpine,并且在运行服务 jar 包的命令中加上了 -Xmx256m参数。问题至此已经解决了。

3 进一步的探究

虽然问题已经解决,但是在好奇心的驱使下,我还是打算自己找个 demo 实际去触发一下问题,另外看看从网上搜到的解决方法到底好不好用 : )

3.1 准备工作

3.1.1 创建云上工程

 

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

首先需要在华为云 ServiceStage 创建一个云上工程。

在 ServiceStage -> 应用开发 -> 微服务开发 -> 工程管理 -> 创建云上工程中,选择“基于模板创建”,语言选择 Java, 框架选择 CSE-Java (SpringMVC),部署系统选择“云容器引擎CCE”,给你的云上工程取一个名字,比如test-memo-consuming,最后选择存放代码的仓库,就可以完成云上工程的创建了。

之后云上工程会根据你的选项自动地生成脚手架代码,上传到你指定的代码仓库中,并且为你创建一条流水线,完成代码编译、构建、打包、归档镜像包的操作,并且使用打好的 docker 镜像包在 CCE 集群中部署一个应用堆栈。

创建云上工程和流水线不是本文的重点,我就不详细讲操作了 : )。同一个应用堆栈的实例可以部署多个,在这里为了实验方便就按照默认值1个来部署。

 

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

由于云上工程已经改进了脚手架代码的模板,不会再出现内存超限的问题,所以我们现在能看到 demo 服务已经正常的跑起来,微服务实例已经注册到服务中心了。

 

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

登录到 demo 服务所部署的容器,使用curl命令可以调用 demo 服务的 helloworld 接口,可以看到此时服务已经可以正常工作。

3.1.2 增加实验代码

为了能够触发微服务实例消耗更多的内存,我在项目代码中增加了如下接口,当调用/allocateMemory接口时,微服务实例会不停申请内存,直到 JVM 抛出 OOM 错误或者容器内存超限被 kill 掉。

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private HashMap<String, long[]> cacheMap = new HashMap<>();

 

@GetMapping(value = "/allocateMemory")

public String allocateMemory() {

  LOGGER.info("allocateMemory() is called");

  try {

    for (long i = 0true; ++i) {

      cacheMap.put("key" + i, new long[1024 1024]);

    }

  catch (Throwable t) {

    LOGGER.info("allocateMemory() gets error", t);

  }

  return "allocated";

}

此时用来打镜像包的基础镜像是openjdk:8u181-jdk-alpine,jar 包启动命令中加上了-Xmx256m参数。

执行流水线,应用堆栈部署成功后,调用/allocateMemory接口触发微服务实例消耗内存,直到 JVM 抛出 OOM 错误,可以在 ServiceStage -> 应用上线 -> 应用管理中选择相应的应用,点击进入概览页面,查看应用使用内存的情况。

 

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

应用使用的内存从 800M+ 陡然下降的时间点就是我重新打包部署的时间,而之后由于调用/allocateMemory接口,内存占用量上升到了接近 400M,并且在这个水平稳定了下来,显示-Xmx256m参数发挥了预期的作用。

3.2 复现问题

现在将 demo 工程中的 Dockerfile 修改一下,将基础镜像改为 java:8u111-jre-alpine,并且删除启动命令中的-Xmx256m参数,将其提交为noLimit_oldBase分支,推送到代码仓库中。然后编辑流水线,将 source 阶段的任务所使用的代码分支改为noLimit_oldBase分支,保存并重新运行流水线,将新的代码打包部署到应用堆栈中。

 

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

 

在微服务实例列表中查询到新的微服务实例的 endpoint IP 后,调用`/allocateMemory`接口,观察内存情况,内存从接近 400M 突然掉下去一下,然后又上升到约 450M 的时间点就是修改代码后的微服务实例部署成功的时间点,之后内存占用量突然下跌就是因为调用`/allocateMemory`接口导致容器内存超限被 kill 掉了。

如果你事先使用docker logs -f命令查看容器日志的话,那么日志大概是这个样子的

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2018-11-23 15:40:04,920  INFO SCBEngine:152 - receive MicroserviceInstanceRegisterTask event, check instance Id...

2018-11-23 15:40:04,920  INFO SCBEngine:154 - instance registry succeeds for the first time, will send AFTER_REGISTRY event.

2018-11-23 15:40:04,925  WARN VertxTLSBuilder:116 - keyStore [server.p12] file not exist, please check!

2018-11-23 15:40:04,925  WARN VertxTLSBuilder:136 - trustStore [trust.jks] file not exist, please check!

2018-11-23 15:40:04,928  INFO DataFactory:62 - Monitor data sender started. Configured data providers is {com.huawei.paas.cse.tcc.upload.TransactionMonitorDataProvider,com.huawei.paas.monitor.HealthMonitorDataProvider,}

2018-11-23 15:40:04,929  INFO ServiceCenterTask:51 - read MicroserviceInstanceRegisterTask status is FINISHED

2018-11-23 15:40:04,939  INFO TestmemoconsumingApplication:57 - Started TestmemoconsumingApplication in 34.81 seconds (JVM running for 38.752)

2018-11-23 15:40:14,943  INFO AbstractServiceRegistry:258 - find instances[1] from service center success. service=default/CseMonitoring/latest, old revision=null, new revision=28475010.1

2018-11-23 15:40:14,943  INFO AbstractServiceRegistry:266 - service id=8b09a7085f4011e89f130255ac10470c, instance id=8b160d485f4011e89f130255ac10470c, endpoints=[rest://100.125.0.198:30109?sslEnabled=true]

2018-11-23 15:40:34,937  INFO ServiceCenterTaskMonitor:39 - sc task interval changed from -1 to 30

2018-11-23 15:47:03,823  INFO SPIServiceUtils:76 - Found SPI service javax.ws.rs.core.Response$StatusType, count=0.

2018-11-23 15:47:04,657  INFO TestmemoconsumingImpl:39 - allocateMemory() is called

Killed

 

可以看到allocateMemory方法被调用,然后 JVM 还没来得及抛出 OOM 错误,整个容器就被 kill 掉了。

这里也给大家提了一个醒:不要以为自己的服务容器能启动起来就万事大吉了,如果没有特定的限制,JVM 会在运行时继续申请堆内存,也有可能造成内存用量超过 docker 容器的配额!

3.3 让 JVM 感知cgroup限制

前文提到还有另外一种方法解决 JVM 内存超限的问题,这种方法可以让 JVM 自动感知 docker 容器的 cgroup 限制,从而动态的调整堆内存大小,感觉挺不错的。我们也来试一下这种方法,看看效果如何 ; )

回到demo项目代码的master分支,将 Dockerfile 中启动命令参数的-Xmx256m替换为-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap,提交为useCGroupMemoryLimitForHeap分支,推送到代码仓库里。再次运行流水线进行构建部署。

Docker容器内部署Java微服务的内存限制问题

等 demo 服务部署成功后,再次调用`/allocateMemory`接口,容器的内存占用情况如上图所示(最右边的那一部分连续曲线),内存上升到一定程度后,JVM 抛出了 OOM 错误,没有继续申请堆内存。看来这种方式也是有效果的。

不过,仔细观察容器的内存占用情况,可以发现容器所使用的内存仅为不到 300M,而我们对于这个容器的内存配额限制为 512M,也就是还有 200M+ 是闲置的,并不会被 JVM 利用。这个利用率,比起上文中直接设置-Xmx256m的内存利用率要低 : ( 。推测是因为 JVM 并不会感知到自己是部署在一个 docker 容器里的,所以它把当前的环境当成一个物理内存只有 512M 的物理机,按照比例来限制自己的最大堆内存,另一部分就被闲置了。

如此看来,如果想要充分利用自己的服务器资源,还是得多花一点功夫,手动调整好-Xmx参数。

4 参考资料