Java/Spring应用在k8s环境中的内存配置实践

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前言

在微服务架构中，网关、注册中心、配置中心、服务追踪、认证中心等一系列组件部署到服务器中会占用一定的内存，还有各个业务服务，一部署单个服务可能就占个几百M，甚至上G。那这一系列组件和服务同时部署不得消耗更多的内存？为防止这些服务把系统资源耗尽导致宕机，我们不得不为这些服务配置一定的内存限制。

在 k8s 环境中，如果我们单单配置了 memory 的 limit ，没有配置 Java 应用的JVM参数，那么在 Java 程序运行过程中可能会导致内存超过 memory 的 limit ，发送 OOM 错误。因此，部署Java 应用到 k8s 环境中时要配置JVM参数及k8s的 memory limit。

JVM 参数配置方法

随着JAVA版本不同，有不同的处理方法，如下表：

JDK版本	JVM参数
<8u131	-Xms64m -Xmx128m
8u131-191	-XX:+UnlockExperimentalVMOptions、-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap
>8u191	-XX:UseContainerSupport（默认启用）、ActiveProcessorCount；百分比分配堆内存：MaxRAMPercentage、InitialRAMPercentage、MinRAMPercentage

JDK8版本小于131时，启动JAVA程序时，添加参数 -Xms64m -Xmx128m；java 8u131+和java 9+版本，添加两个参数：-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap；JDK8版本高于191时，可以使用 MaxRAMPercentage，MaxRAMPercentage 值介于 0.0 到 100.0 之间，默认值为 25.0。

配置

JDK版本8u131

在 Dockerfile 文件中配置：

ENV JVM_OPTS -Xms256m -Xmx512m
ENTRYPOINT exec java $JVM_OPTS -jar lanweihong.jar

注意这两个参数只设置了分配给堆的大小，实际的memory limit应该比这个还要大。

java 8u131+和java 9+版本

对于java 8u131+和java 9+版本，在 Dockerfile 文件中，设置环境变量：

ENV JVM_OPTS -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XX:MaxRAMFraction=2
ENTRYPOINT exec java $JVM_OPTS -jar lanweihong.jar

其中 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap 设置 -XX:MaxRAM 为 cgroup 的内存限制，这里的-XX:MaxRAMFraction 值为 2，那么 JVM 允许分配的内存为 MaxRAM / MaxRAMFraction = 4G / 2 = 2G，不设置为 1 是防止JVM占用所有的内存，导致其他进程(如Shell、MySQL等)没有可用内存。

JDK版本 8u191+

在 Dockerfile 文件中配置：

ENV JVM_OPTS -XX:MaxRAMPercentage=80.0
ENTRYPOINT exec java $JVM_OPTS -jar lanweihong.jar

设置 JVM 可用的内存为总内存的 80%，显然这种方式更加灵活方便，也更安全。

如果使用 jib-maven-plugin 打包的，可以在 pom.xml 中添加配置:

...
<container>
    <mainClass>com.lanweihong.gateway.GatewayApplication</mainClass>
    <!-- 添加 jvm 参数 -->
    <jvmFlags>
        <jvmFlag>-XX:MaxRAMPercentage=80.0</jvmFlag>
    </jvmFlags>
</container>
...

执行效果等同于 java -XX:MaxRAMPercentage=80.0 ...

k8s 配置

设置内存 limit；在 k8s 部署配置文件添加：

containers:
    resources:
      requests:
        memory: "512Mi"
        # cpu: "500m"
      limits:
        memory: "512Mi"
        # cpu: "500m"
    env:
      - name: JVM_OPTS
        values: -XX:MaxRAMPercentage=80.0

使用 kubectl apply -f 更新发布服务。

总结

1. JDK8版本低于191的建议升级到最新版本，或191以后，Java 8u191和Java 10+ 支持 UserContainerSupport，设置JVM启动参数 MaxRAMPercentage，具体的值根据情况来设置；
2. 不升级JDK版本的，根据JDK版本按以上说明配置；
3. Kubernetes 配置 Limit。

参考文档

1. How To Configure Java Heap Size Inside a Docker Container
2. Kubernetes_pod_javajdk_动态JVM堆内存大小限制