微服务中使用 OpenJ9 JVM 内存占用降60%(相对HotSpot)

随着微服务的普及,许多企业踏上微服务之旅。

微服务化后,应用数量可能高一个数量级。 一般企业,以前三五个应用能支撑业务,微服务化之后应用数量可能多达几十个。 每个微服务往往独立部署,内存的消耗自然也高居不下,以前两台8核16G机器指不定就能跑起来,现两台16核64G还不一定够用,同时由于多套环境的存在加上容器编排工具(如K8s)所需的资源,硬件资源的投入自然是成倍增加。

在 Web 应用开发中,为了降低内存消耗,你是否尝试过:

  • 去除不必要的组件,减少代码体积

  • 更换 Web 容器,如将 Tomcat 更换为Undertow

  • 优化Docker基础镜像,减少镜像体积

这些效果往往不是很理想。 本篇介绍 OpenJ9 JVM,通过将 HotSpot 更换为 OpenJ9,内存 占用能降低至少 60% ,而 启动时间也能快 40%  以上,效果立竿见影。

OpenJ9 简介

OpenJ9 的前身是IBM的 J9 Java 虚拟机,主要服务于IBM企业级软件产品,是一款高性能的JVM。

2017年9月,IBM 将 J9 JVM 捐献给 Eclipse 基金会,并更名 Eclipse OpenJ9,开启开源之旅。

OpenJ9 擅长于内存管理,同时 针对容器化做了很多工作 ,按官方说法是:   more container-aware  。

下面摘自 OpenJ9 的 Release History,选择了部分内容,可快速一览:

  • 2017.11 支持使用  OpenJDK8 构建 OpenJ9

  • 2018.3 发布  0.8.0 OpenJ9 开始支持各平台(Mac、Linux、Windows等) 的 OpenJDK 8,宣布在JDK8中,比HotSpot 42% faster startup  and a  footprint at least 60% smaller

  • 2018.8 发布  0.9.0 支持 OpenJDK 10; 对Docker容器支持更友好 在运行一些Eclipse性能测试时, 比HotSpot JVM快 43%,少用42%的内存 .

  • 2018.10 发布  0.10.0 支持 OpenJDK 11,开始适配 HotSpot JVM的一些参数配置

  • 2018.10 发布  0.11.0 改善AOT性能、针对运行在容器中的应用内存优化、  “pause-less” GC mode  for response-time sensitive, large heap applications

  • 2019.2 发布  0.12.1 提示RSA算法加密性能; 性能进一步提升

  • 2019.3 发布  0.13.0 支持OpenJDK 12; 支持jps命令; 支持将Java dump 文件写入STDOUT/STDERR

官方性能报告

下面是 OpenJ9官方的基准测试结果(完整报告),包含启动时间、响应时间、吞吐量等指标。

66% smaller footprint after startup

由于减少内存占用的重要性,OpenJ9 对云负载(cloud wordloads)做了深度优化,在应用启动后,占用内存比HotSpot 约少 66%。

63% smaller footprint during ramp up

应用负载增加时,内存都会骤增。 但状态稳定后,使用 OpenJ9 的OpenJDK 8 比使用 HotSpot 的 OpenJDK 8 减少了约 63% 的物理内存

42% faster startup time

Shared classes 和  Ahead-of-Time(AOT) 技术的应用显著减少了应用启动时间。 通过使用  -Xquickstart  参数(启用AOT), 启动时间可以减少高达42%

Comparable throughput

在做吞吐量对比时,二者峰值吞吐量差不多,但使用OpenJ9 的 OpenJDK 8 大约快1分钟达到峰值。

Faster ramp-up time in the cloud

在云环境下,虚拟化技术被广泛使用,一台大的机器经常被切割成若干小的虚拟机,这些虚拟机往往做了资源限制。 OpenJ9 在单核CPU上用了8.5分钟达到峰值吞吐量,而 HotSpot用了30分钟。 对于在资源受限的环境下(如云环境)跑 short-lived VMs,能够更快的完成更多工作就显得更为重要。

资源受限的一大副作用就是  Java应用花费更长的启动时间(受JIT影响)

笔者注: 内存限制时,应用甚至会无法启动,导致不断重启。

自己动手简单测试

创建一个 Spring Boot Web 应用并打成jar包,分别使用 HotSpot、OpenJ9 虚拟机的 Open JDK8 结合Docker来做测试。

基于OpenJ9的Dockerfile

<span><span>FROM</span> <span>adoptopenjdk/openjdk8-openj9:alpine-slim</span></span>

<span><span>COPY</span> <span>target/app.jar /app.jar</span></span>

<span><span>ENTRYPOINT</span> <span>java $JAVA_OPTS -Xshareclasses -Xquickstart -jar /app.jar</span></span>

基于HotSpot的Dockerfile

<span><span>FROM</span> <span>openjdk:8u181-jre-slim-stretch</span></span>

<span><span>COPY</span> <span>target/app.jar /app.jar</span></span>

<span><span>ENTRYPOINT</span> <span>java $JAVA_OPTS -jar /app.jar</span></span>

启动容器后, docker stats openj9 hotspot  查看容器资源使用情况如下:

OpenJ9 是 50.89M; HotSpot 是235.7M,差异非常大。

下面是我们测试环境中的一个普通应用(使用Docker运行)的测试结果。

基于 Open JDK8 (HotSpot) 时内存消耗稳定在  1G左右

基于 OpenJDK8(OpenJ9)时内存消耗稳定在  300M左右

切换到 OpenJ9 便利吗

如果使用Docker,直接更换基础镜像即可,容器场景下更能发挥 OpenJ9 的作用。

如果JDK直接安装在服务器上,可以直接在 AdoptOpenJDK 上下载相应的介质。

对于 JVM Options,可以参考做一些调整。

对开发人员的影响

大家一般接触的都是HotSpot VM,且对于其理论、JVM参数、命令行工具甚至性能调优等相对比较熟悉,这块资料也比较丰富。

OpenJ9 以前更多的是支持IBM企业级的商业产品,大家了解相对较少,连日用命令行工具暂时都只提供了jps、jstack,不过可以使用像阿里 arthas这类Java应用诊断工具,效果也是一样的。

对于小企业来说,JVM一般不是瓶颈,而更换JVM所带来的IT成本投入减少确是实实在在的,尤其是对于初创团队,自然是能省则省。

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