100万并发连接服务器笔记之Java Netty处理1M连接会怎么样

前言

每一种该语言在某些极限情况下的表现一般都不太一样，那么我常用的Java语言，在达到100万个并发连接情况下，会怎么样呢，有些好奇，更有些期盼。
这次使用经常使用的顺手的netty NIO框架（netty-3.6.5.Final），封装的很好，接口很全面，就像它现在的域名 netty.io，专注于网络IO。
整个过程没有什么技术含量，浅显分析过就更显得有些枯燥无聊，准备好，硬着头皮吧。

测试服务器配置

运行在VMWare Workstation 9中，64位Centos 6.2系统，分配14.9G内存左右，4核。
已安装有Java7版本：

java version "1.7.0_21"

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_21-b11)

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 23.21-b01, mixed mode)

在/etc/sysctl.conf中添加如下配置：

fs.file-max = 1048576

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728

net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 16777216

net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 16777216

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1


net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

在/etc/security/limits.conf中添加如下配置：

     *	soft nofile 1048576

     *	hard nofile 1048576

测试端

测试端无论是配置还是程序和以前一样，翻看前几篇博客就可以看到client5.c的源码，以及相关的配置信息等。

服务器程序

这次也是很简单呐，没有业务功能，客户端HTTP请求，服务端输出chunked编码内容。

入口HttpChunkedServer.java：

唯一的自定义处理器HttpChunkedServerHandler.java:

启动脚本start.sh

达到100万并发连接时的一些信息

每次服务器端达到一百万个并发持久连接之后，然后关掉测试端程序，断开所有的连接，等到服务器端日志输出在线用户为0时，再次重复以上步骤。在这反反复复的情况下，观察内存等信息的一些情况。以某次断开所有测试端为例后，当前系统占用为（设置为list_free_1）:

                  total       used       free     shared    buffers     cached

     Mem:         15189       7736       7453          0         18        120

     -/+ buffers/cache:       7597       7592

     Swap:         4095        948       3147

通过top观察，其进程相关信息

    PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND

   4925 root      20   0 8206m 4.3g 2776 S  0.3 28.8  50:18.66 java

在启动脚本start.sh中，我们设置堆内存为6G。

ps aux|grep java命令获得信息：

  root      4925 38.0 28.8 8403444 4484764 ?     Sl   15:26  50:18 java -server...HttpChunkedServer 8000

RSS占用内存为4484764K/1024K=4379M

然后再次启动测试端，在服务器接收到online user 1023749时，ps aux|grep java内容为：

  root      4925 43.6 28.4 8403444 4422824 ?     Sl   15:26  62:53 java -server...

查看当前网络信息统计

  ss -s

  Total: 1024050 (kernel 1024084)

  TCP:   1023769 (estab 1023754, closed 2, orphaned 0, synrecv 0, timewait 0/0), ports 12

Transport Total     IP        IPv6
1024084   -         -


RAW     0         0         0


UDP     7         6         1


TCP     1023767   12        1023755


INET    1023774   18        1023756


FRAG    0         0         0

通过top查看一下

  top -p 4925

  top - 17:51:30 up  3:02,  4 users,  load average: 1.03, 1.80, 1.19

  Tasks:   1 total,   0 running,   1 sleeping,   0 stopped,   0 zombie

  Cpu0  :  0.9%us,  2.6%sy,  0.0%ni, 52.9%id,  1.0%wa, 13.6%hi, 29.0%si,  0.0%st

  Cpu1  :  1.4%us,  4.5%sy,  0.0%ni, 80.1%id,  1.9%wa,  0.0%hi, 12.0%si,  0.0%st

  Cpu2  :  1.5%us,  4.4%sy,  0.0%ni, 80.5%id,  4.3%wa,  0.0%hi,  9.3%si,  0.0%st

  Cpu3  :  1.9%us,  4.4%sy,  0.0%ni, 84.4%id,  3.2%wa,  0.0%hi,  6.2%si,  0.0%st

  Mem:  15554336k total, 15268728k used,   285608k free,     3904k buffers

  Swap:  4194296k total,  1082592k used,  3111704k free,    37968k cached
<span class="hljs-selector-tag">PID</span> <span class="hljs-selector-tag">USER</span>      <span class="hljs-selector-tag">PR</span>  <span class="hljs-selector-tag">NI</span>  <span class="hljs-selector-tag">VIRT</span>  <span class="hljs-selector-tag">RES</span>  <span class="hljs-selector-tag">SHR</span> <span class="hljs-selector-tag">S</span> %<span class="hljs-selector-tag">CPU</span> %<span class="hljs-selector-tag">MEM</span>    <span class="hljs-selector-tag">TIME</span>+  <span class="hljs-selector-tag">COMMAND</span>


4925 root      20   0 8206m 4.2g 2220 S  3.3 28.4  62:53.66 java

四核都被占用了，每一个核心不太平均。这是在虚拟机中得到结果，可能真实服务器会更好一些。因为不是CPU密集型应用，CPU不是问题，无须多加关注。

系统内存状况

  free -m

               total       used       free     shared    buffers     cached

  Mem:         15189      14926        263          0          5         56

  -/+ buffers/cache:      14864        324

  Swap:         4095       1057       3038

物理内存已经无法满足要求了，占用了1057M虚拟内存。

查看一下堆内存情况

  jmap -heap 4925

  Attaching to process ID 4925, please wait...

  Debugger attached successfully.

  Server compiler detected.

  JVM version is 23.21-b01

using parallel threads in the new generation.


using thread-local object allocation.


Concurrent Mark-Sweep GC

Heap Configuration:


MinHeapFreeRatio = 40


MaxHeapFreeRatio = 70


MaxHeapSize      = 6442450944 (6144.0MB)


NewSize          = 629145600 (600.0MB)


MaxNewSize       = 629145600 (600.0MB)


OldSize          = 5439488 (5.1875MB)


NewRatio         = 2


SurvivorRatio    = 1


PermSize         = 52428800 (50.0MB)


MaxPermSize      = 52428800 (50.0MB)


G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)

Heap Usage:


New Generation (Eden + 1 Survivor Space):


capacity = 419430400 (400.0MB)


used     = 308798864 (294.49354553222656MB)


free     = 110631536 (105.50645446777344MB)


73.62338638305664% used


Eden Space:


capacity = 209715200 (200.0MB)


used     = 103375232 (98.5863037109375MB)


free     = 106339968 (101.4136962890625MB)


49.29315185546875% used


From Space:


capacity = 209715200 (200.0MB)


used     = 205423632 (195.90724182128906MB)


free     = 4291568 (4.0927581787109375MB)


97.95362091064453% used


To Space:


capacity = 209715200 (200.0MB)


used     = 0 (0.0MB)


free     = 209715200 (200.0MB)


0.0% used


concurrent mark-sweep generation:


capacity = 5813305344 (5544.0MB)


used     = 4213515472 (4018.321487426758MB)


free     = 1599789872 (1525.6785125732422MB)


72.48054631000646% used


Perm Generation:


capacity = 52428800 (50.0MB)


used     = 5505696 (5.250640869140625MB)


free     = 46923104 (44.749359130859375MB)


10.50128173828125% used

1439 interned Strings occupying 110936 bytes.

老生代占用内存为72%，较为合理，毕竟系统已经处理100万个连接。

再次断开所有测试端，看看系统内存（free -m）

               total       used       free     shared    buffers     cached

  Mem:         15189       7723       7466          0         13        120

  -/+ buffers/cache:       7589       7599

  Swap:         4095        950       3145

记为list_free_2。

list_free_1和list_free_2两次都释放后的内存比较结果，系统可用物理已经内存已经降到7589M，先前可是7597M物理内存。
总之，我们的JAVA测试程序在内存占用方面已经，最低需要7589 + 950 = 8.6G内存为最低需求内存吧。

GC日志

我们在启动脚本处设置的一大串参数，到底是否达到目标，还得从gc日志处获得具体效果，推荐使用GCViewer。

GC事件概览：

其它:

总之：

只进行了一次Full GC，代价太高，停顿了12秒。
PartNew成为了停顿大户，导致整个系统停顿了41秒之久，不可接受。
当前JVM调优喜忧参半，还得继续努力等

小结

Java与与Erlang、C相比，比较麻烦的事情，需要在程序一开始就得准备好它的堆栈到底需要多大空间，换个说法就是JVM启动参数设置堆内存大小，设置合适的垃圾回收机制，若以后程序需要更多内存，需停止程序，编辑启动参数，然后再次启动。总之一句话，就是麻烦。单单JVM的调优，就得持续不断的根据检测、信息、日志等进行适当微调。

JVM需要提前指定堆大小，相比Erlang/C，这可能是个麻烦
GC(垃圾回收)，相对比麻烦，需要持续不断的根据日志、JVM堆栈信息、运行时情况进行JVM参数微调
设置一个最大连接目标，多次测试达到顶峰，然后释放所有连接，反复观察内存占用，获得一个较为合适的系统运行内存值
Eclipse Memory Analyzer结合jmap导出堆栈DUMP文件，分析内存泄漏，还是很方便的
想修改运行时内容，或者称之为热加载，默认不可能
真实机器上会有更好的反映

吐槽一下：
JAVA OSGI，相对比Erlang来说，需要人转换思路，不是那么原生的东西，总是有些别扭，社区或商业公司对此的修修补补，不过是实现一些面向对象所不具备的热加载的企业特性。

测试源代码，下载just_test。

----------------------------------------------------------------------------

广而告之，让您自由畅游网络~

再超值提供一个近期2015年有效的9折优惠码：10off2015

作为码农，严重推荐！