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Best Practices 
Java und JVM in Containern

■Basics, die nichts mit Java/JVM zu tun haben aber wichtig sind ■Java und der Speicher ■Java und die CPU ■Java und Images Vortrag auf dem Berlin Experte Day 2019

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© OPITZ CONSULTING 2019
Best Practices 

Java und JVM in Containern
BEDCon 2019
Dr. Halil-Cem Gürsoy
OPITZ CONSULTING



@hgutwit
© OPITZ CONSULTING 2019
$ whoami | xargs finger
■Senior Solution Architect @ OPITZ CONSULTING
■Seit 20 Jahren in der Java-Welt
■ davor im wissenschaftlichen Umfeld Pascal, C, Lisp, Prolog…
■Verteilte Enterprise Systeme
■ Build, Deployment & Persistenz
■„DevOps“, Infrastructure as Code, Automatisierung…
© OPITZ CONSULTING 2019
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■Build & Testumgebungen für große agile Teams
■ Java/JEE, Testcluster, Datenbanken (NoSQL, RDBMS)
■Continuous Delivery mit Docker
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■ …aber bekennend "Kubephob" (Konfrontations-Therapie)
© OPITZ CONSULTING 2019
Agenda
■Basics, die nichts mit Java/JVM zu tun haben aber wichtig sind
■Java und der Speicher
■Java und die CPU
■Java und Images
■Noch sparsamer, noch schneller
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Warum gerade Java?
https://www.tiobe.com/tiobe-index/
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  • 1. © OPITZ CONSULTING 2019 Best Practices 
 Java und JVM in Containern BEDCon 2019 Dr. Halil-Cem Gürsoy OPITZ CONSULTING
 
 @hgutwit
  • 2. © OPITZ CONSULTING 2019 $ whoami | xargs finger ■Senior Solution Architect @ OPITZ CONSULTING ■Seit 20 Jahren in der Java-Welt ■ davor im wissenschaftlichen Umfeld Pascal, C, Lisp, Prolog… ■Verteilte Enterprise Systeme ■ Build, Deployment & Persistenz ■„DevOps“, Infrastructure as Code, Automatisierung…
  • 3. © OPITZ CONSULTING 2019 Eine lange Docker-Reise ■Seit Docker 0.8 (2014) produktiv mit Docker unterwegs ■Build & Testumgebungen für große agile Teams ■ Java/JEE, Testcluster, Datenbanken (NoSQL, RDBMS) ■Continuous Delivery mit Docker ■ Jenkins, Atlassian Bamboo, Docker Swarm, Kubernetes … ■ …aber bekennend "Kubephob" (Konfrontations-Therapie)
  • 4. © OPITZ CONSULTING 2019 Agenda ■Basics, die nichts mit Java/JVM zu tun haben aber wichtig sind ■Java und der Speicher ■Java und die CPU ■Java und Images ■Noch sparsamer, noch schneller
  • 5. © OPITZ CONSULTING 2019 Warum gerade Java? https://www.tiobe.com/tiobe-index/
  • 6. © OPITZ CONSULTING 2019 Warum gerade Java? https://redmonk.com/rstephens/2019/07/18/top20-june-2019/
  • 7. © OPITZ CONSULTING 2019 –Wladimir Iljitsch Lenin „Доверяй, но проверяй“
  • 8. © OPITZ CONSULTING 2019 Base Images ■Ideal-Welt: wir bauen unsere Base-Images FROM scratch ■ kann sehr aufwendig sein, aber Kontrolle über den Inhalt ■Möglichst mit offiziellen Images starten ■Sicherheitsupdates beachten, regelmäßig bauen
  • 9. © OPITZ CONSULTING 2019 Base Images ■möglichst nur eine oder wenige Linux-Distributionen auswählen ■minimales System nutzen: 
 nur die Pakete, die notwendig sind, nachvollziehbar installieren ■--entrypoint sollte die eigentliche Applikation aufrufen ■… aber auch ein docker run myimage:1 bash erlauben ■Weitere Hinweise im Github-Repo docker-library/official-images
  • 10. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/clement127/15914534662 latest is Evil!
  • 11. © OPITZ CONSULTING 2019 Deployment? ■Container sollten nicht wie VM’s „provisioniert“ werden ■Anti-Pattern: ■ Container mit Application Server wird gestartet… ■ …und Applikation wird in den laufenden App-Server deployed ■Reproduzierbar?
  • 12. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/vanmelis/14920357394
  • 13. © OPITZ CONSULTING 2019 https://www.flickr.com/photos/mac_users_guide/3665683020
  • 14. © OPITZ CONSULTING 2019 Java & glibc ■glibc’s malloc() reserviert 64Mb-Blöcke („Arenas“) ■ Virtual Adress space, u.a. Java Metaspace, Threads usw. ■(Fast) kein Problem bis zur Verwendung von mlockall() ■ „Arenas“ werden dann tatsächlich gemappt ■ElasticSearch, Apache Cassandra (via JNA) ■ Optionale Konfiguration zur Swap-Vermeidung ■Diverse Bug-Einträge, u.a. JDK-8193521
  • 15. © OPITZ CONSULTING 2019 Java & glibc ■MALLOC_ARENA_MAX auf niedrigen Wert setzen ■ Vorsicht wenn SELinux im Einsatz ist! ■ Default: 8 * CPU-Kerne ■Ausprobieren und messen! ■Swap disablen statt JNA/mlockall
  • 16. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/venndiagram/5331296718
  • 17. © OPITZ CONSULTING 2019 Java Heap docker run -m 256m --rm openjdk:8u111-jdk java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep -i heapsize | egrep 'Initial|Max' openjdk version "1.8.0_111" OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_111-8u111-b14-2~bpo8+1-b14) OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.111-b14, mixed mode)     uintx InitialHeapSize                          := 65011712     uintx MaxHeapSize                              := 1035993088
  • 18. © OPITZ CONSULTING 2019 Java Heap docker run -m 256m --rm openjdk:8-jdk java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -i heapsize | egrep 'Initial|Max' openjdk version "1.8.0_222" OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_222-b10) OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.222-b10, mixed mode)     uintx InitialHeapSize                          := 8388608     uintx MaxHeapSize                              := 132120576
  • 19. © OPITZ CONSULTING 2019 Neue Optionen ab 8u191* ■JDK-8196595: 
 --XX:[+|-]UseContainerSupport (default: +) ■JDK-8186248: ■ -XX:InitialRAMPercentage, -XX:MaxRAMPercentage
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 -XX:InitialRAMFraction, -XX:MaxRAMFraction
 -XX:MinRAMFraction ■ Genaue Berechnungsformeln im Code
  • 20. © OPITZ CONSULTING 2019 Min / Max Heap docker run -m 1024m --rm openjdk:12.0.2-jdk java -XX:+PrintFlagsFinal - version | grep -E "UseContainerSupport | MaxRAMPercentage | MinRAMPercentage"    double MaxRAMPercentage                       = 25.000000    double MinRAMPercentage                       = 50.000000      bool UseContainerSupport                    = true docker run -m 1024m --rm openjdk:12.0.2-jdk java -XshowSettings:vm -version VM settings:     Max. Heap Size (Estimated): 247.50M     Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM docker run -m 1024m --rm openjdk:12.0.2-jdk java -XX:MaxRAMPercentage=75.0
 -XshowSettings:vm -version VM settings: Max. Heap Size (Estimated): 742.44M Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM
  • 21. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/lemsipmatt/2894816411/
  • 22. © OPITZ CONSULTING 2019 CPU-Limits ■Ab Java 9 / 10 werden Docker CPU-Limits berücksichtigt ■ --cpuset-cpus, --cpus / --cpu-quota, --cpu-period,
 --cpu-shares ■–XX:PreferContainerQuotaForCPUCount (default true) ■Alternativ/Manuell: –XX:ActiveProcessorCount
  • 23. © OPITZ CONSULTING 2019 CPU-Limits echo 'Runtime.getRuntime().availableProcessors()' | 
 docker run -i --rm openjdk:12.0.2-jdk jshell jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors() $1 ==> 4 echo 'Runtime.getRuntime().availableProcessors()' | 
 docker run --cpus 1 -i --rm openjdk:12.0.2-jdk jshell jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()
 $1 ==> 1
  • 24. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/digimeister/16138848190
  • 25. © OPITZ CONSULTING 2019 Ein hochkomplexes Beispiel
  • 26. © OPITZ CONSULTING 2019 Java Images $ docker images REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE hellojava 3 7733be0c7852 About a minute ago 390MB debian stretch-slim 220611111e8c 2 weeks ago 55.3MB openjdk 12.0.2-jdk e1e07dfba89c 2 weeks ago 470MB
  • 27. © OPITZ CONSULTING 2019 Auf Diät… ■Ab Java 9 haben wir JDK-Module zur Verfügung ■Es sollten nur die benötigten Module der JRE in das Image ■Mit Hilfe von jlink kann eine angepasste JRE erzeugt werden ■ Mit jdeps kann Liste der benötigten Module erzeugt werden
  • 28. © OPITZ CONSULTING 2019 Auf Diät…
  • 29. © OPITZ CONSULTING 2019 Slim… docker images | grep hello hellojava slim-1 0f67adf4b101 5 minutes ago 92.1MB hellojava 3 7733be0c7852 51 minutes ago 390MB
  • 30. © OPITZ CONSULTING 2019 Da geht noch was! ■Projekt Portola migriert die OpenJDK von glibc auf musl ■musl ist eine schlanke Implementierung der libc für Alpine Linux ■Early Access von OpenJDK für Alpine/musl: 
 http://jdk.java.net/14/ ■Alpine/musl mit java.base ca. 51 Mb!
  • 31. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/grepsy/6993325519/
  • 32. © OPITZ CONSULTING 2019 AppCDS ■In 8u40 als kommerzielles Feature eingeführt ■Option -XX:+UseAppCDS in JDK 11 obsolet erklärt und in 12 entfernt, da nun „default“ ■Interne Repräsentation der Applikations-Klassen in memmory-mapped files ■Schnelleres Laden bei großen Servern/Applikationen und kleineres memory Footprint ■ Beispiele mit WebLogic usw. ca. 10% - 20% schneller ■ Bei „einfachen“ / kleinen Applikationen kein besonderer Effekt
  • 33. © OPITZ CONSULTING 2019 AppCDS
  • 34. © OPITZ CONSULTING 2019 AOT statt JIT-Compiler ■Ähnlich der AppCDS wird im Vorfeld eine Shared Library erzeugt ■Es erfolgt zur Laufzeit keine Optimierung durch HotSpot ■Macht Sinn bei kurz laufenden Java-Prozessen ■ … z.B. bei Functions mit Java (Fn, OpenFaaS, …) ■Stolperfalle: Shared Library kann sehr groß werden ■ Selektiv die verwendeten Klassen compilieren
  • 35. © OPITZ CONSULTING 2019https://www.flickr.com/photos/jdlasica/698202275/
  • 36. © OPITZ CONSULTING 2019 GraalVM ■„…is a universal virtual machine for running applications written in JavaScript, Python, Ruby, R, JVM-based languages like Java, Scala, Groovy, Kotlin, Clojure, and LLVM-based languages such as C and C++.“ https://www.graalvm.org
  • 37. © OPITZ CONSULTING 2019 GraalVM
  • 38. © OPITZ CONSULTING 2019 GraalVM
  • 39. © OPITZ CONSULTING 2019 GraalVM Step 5/8 : RUN native-image HelloJava ---> Running in ca6f04a96def Build on Server(pid: 32, port: 38449)* [hellojava:32]    classlist:   1,477.66 ms [hellojava:32]        (cap):     890.19 ms [hellojava:32]        setup:   1,932.33 ms … [hellojava:32]      compile:   6,405.54 ms [hellojava:32]        image:     502.27 ms [hellojava:32]        write:     109.88 ms [hellojava:32]      [total]:  20,302.07 ms root@b914b8045203:/# ls -lh total 5.5M drwxr-xr-x   2 root root 4.0K Aug 12 00:00 bin drwxr-xr-x   2 root root 4.0K Mar 28 09:12 boot drwxr-xr-x   5 root root  360 Sep  4 20:30 dev drwxr-xr-x   1 root root 4.0K Sep  4 20:30 etc -rwxr-xr-x   1 root root 5.4M Sep  4 20:24 hellojava
  • 40. © OPITZ CONSULTING 2019 GraalVM ■Aktuell noch „Probleme“ mit Reflection und Proxies ■"Spring Framework provides initial support for GraalVM native images as of 5.1.“ ■Andere Frameworks wie Micronaut sind da besser vorbereitet
  • 41. © OPITZ CONSULTING 2019http://www.flickr.com/photos/an_untrained_eye/6630719431
  • 42. © OPITZ CONSULTING 2019 https://www.flickr.com/photos/tcmorgan/7372944070 @OC_WIRE OPITZCONSULTING opitzconsulting opitz-consulting-bcb8-1009116 WWW.OPITZ-CONSULTING.COM