Contêinerizar seus aplicativos Java

Este artigo fornece uma visão geral das estratégias e configurações recomendadas para a conteinerização de aplicativos Java.

Quando você estiver conteinerizando um aplicativo Java, considere cuidadosamente quanto tempo de CPU o contêiner terá disponível. Em seguida, considere quanta memória estará disponível em termos de quantidade total de memória e o tamanho de heap da JVM (Java Virtual Machine). Em ambientes conteinerizados, os aplicativos podem ter acesso a todos os processadores e, portanto, ser capazes de executar vários threads em paralelo. É comum, no entanto, que os contêineres tenham uma cota de CPU aplicada que pode limitar o acesso às CPUs.

A JVM tem heurísticas para determinar o número de "processadores disponíveis" com base na cota de CPU, o que pode influenciar drasticamente o desempenho de aplicativos Java. A memória alocada para o próprio contêiner e o tamanho da área de heap para a JVM são tão importantes quanto os processadores. Esses fatores determinarão o comportamento do coletor de lixo (GC) e o desempenho geral do sistema.

Conteinerizar um novo aplicativo

Quando você está conteinerizando uma carga de trabalho Java para um novo aplicativo, você precisa levar duas coisas em consideração ao pensar em memória:

• A memória alocada para o próprio contêiner.
• A quantidade de memória disponível para o processo Java.

Entenda a ergonomia padrão da JVM

Os aplicativos precisam de um ponto de partida e configurações. A JVM tem ergonomia padrão com valores pré-definidos que são baseados no número de processadores disponíveis e quantidade de memória no sistema. Os valores padrão mostrados nas tabelas a seguir são usados quando a JVM é iniciada sem sinalizadores ou parâmetros de inicialização específicos.

A tabela a seguir mostra o GC padrão usado para os recursos disponíveis:

Nos recursos disponíveis	GC padrão
Qualquer número de processadores Até 1791 MB de memória	SerialGC
2+ processadores 1792 MB ou mais de memória	G1GC

A tabela a seguir mostra o tamanho máximo de heap padrão, dependendo da quantidade de memória disponível no ambiente em que a JVM está sendo executada:

Memória disponível	Tamanho máximo de heap padrão
Até 256 MB	50% da memória disponível
256 MB a 512 MB	~ 127MB
Mais de 512 MB	25% da memória disponível

O tamanho de heap inicial padrão é 1/64 da memória disponível.

Esses valores são válidos para OpenJDK 11 e posterior, e para a maioria das distribuições, incluindo Microsoft Build of OpenJDK, Azul Zulu, Eclipse Temurin, Oracle OpenJDK e outros.

Determinar a memória do contêiner

Escolha uma quantidade de memória de contêiner que atenda melhor à sua carga de trabalho, dependendo das necessidades do seu aplicativo e de seus padrões de uso distintos. Por exemplo, se seu aplicativo cria gráficos de objetos grandes, você provavelmente precisará de mais memória do que precisaria para aplicativos com muitos gráficos de objetos pequenos.

Dica

Se você não sabe quanta memória alocar, um bom ponto de partida é 4 GB.

Determinar a memória de heap da JVM

Ao alocar memória de heap da JVM, esteja ciente de que a JVM precisa de mais memória do que apenas o que é usado para o heap da JVM. Quando você define a memória de heap JVM máxima, ela nunca deve ser igual à quantidade de memória do contêiner, pois isso causará erros de OOM (Missing of Memory) do contêiner e falhas do contêiner.

Dica

Aloque 75% da memória do contêiner para o heap da JVM.

No OpenJDK 11 e posterior, você pode definir o tamanho do heap da JVM das seguintes maneiras:

Descrição	Sinalizador	Exemplos
Valor fixo	-Xmx	-Xmx4g
Valor dinâmico	-XX:MaxRAMPercentage	-XX:MaxRAMPercentage=75

Tamanho mínimo/inicial da pilha

Quando o ambiente tem a garantia de ter uma certa quantidade de memória reservada para uma instância da JVM, como em um contêiner, você deve definir o tamanho mínimo de heap - ou o tamanho de heap inicial - para o mesmo tamanho que o tamanho máximo de heap. Essa configuração indica à JVM que ela não deve executar a tarefa de liberar memória para o sistema operacional.

Para definir um tamanho mínimo de heap, use -Xms para valores absolutos ou -XX:InitialRAMPercentage para valores percentuais.

Importante

O sinalizador-XX:MinRAMPercentage, apesar do que o nome sugere, é usado para definir a porcentagem máxima de RAM padrão para sistemas com até 256 MB de RAM disponíveis no sistema.

Determinar qual GC usar

Anteriormente, você determinou a quantidade de memória de heap da JVM para começar. O próximo passo é escolher o seu GC. A quantidade máxima de memória de heap da JVM que você tem geralmente é um fator na escolha do seu GC. A tabela a seguir descreve as características de cada CG.

Fatores	SerialGC	ParallelGC	G1GC	ZGC	ShenandoahGC
Número de núcleos	1	2	2	2	2
Multi-threaded	Não	Sim	Sim	Sim	Yes
Tamanho do heap Java	<4 GBytes	<4 GBytes	>4 GBytes	>4 GBytes	>4 GBytes
Pausar	Sim	Sim	Yes	Sim (<1 ms)	Sim (<10 ms)
Custos gerais indiretos	Mínimo	Mínimo	Moderado	Moderado	Moderado
Efeito de latência de cauda	Alto	Alto	Alto	Baixo	Moderado
Versão do JDK	Tudo	Tudo	JDK 8+	JDK 17+	JDK 11+
Mais adequado para	Pilhas pequenas de núcleo único	Multi-core pequenos heaps ou cargas de trabalho em lote com qualquer tamanho de heap	Responsivo em heaps médios a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)	Responsivo em heaps médios a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)	Responsivo em heaps médios a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)

Dica

Para a maioria dos aplicativos de microsserviço de uso geral, comece com o GC paralelo.

Determine quantos núcleos de CPU são necessários

Para qualquer GC que não seja SerialGC, recomendamos dois ou mais núcleos vCPU - ou pelo menos 2000mcpu_limit no Kubernetes. Não recomendamos selecionar nada menos que 1 núcleo de vCPU em ambientes conteinerizados.

Dica

Se você não sabe quantos núcleos começar, uma boa escolha são 2 núcleos vCPU.

Escolha um ponto de partida

Recomendamos começar com duas réplicas ou instâncias em ambientes de orquestração de contêiner, como Kubernetes, OpenShift, Azure Spring Apps, Azure Container Apps e Azure App Service. A tabela a seguir resume os pontos de partida recomendados para a conteinerização de seu novo aplicativo Java.

Núcleos de vCPU	Memória de contêiner	Tamanho da pilha da JVM	GC	Réplicas
2	4 GB	75%	ParallelGC	2

Os parâmetros da JVM a serem usados são: -XX:+UseParallelGC -XX:MaxRAMPercentage=75

Conteinerizar um aplicativo existente (local)

Se seu aplicativo já estiver sendo executado no local ou em uma VM na nuvem, recomendamos que você comece com:

• A mesma quantidade de memória que o aplicativo tem acesso no momento.
• O mesmo número de CPUs (núcleos vCPU) que o aplicativo tem disponível atualmente.
• Os mesmos parâmetros da JVM que você usa atualmente.

Se a combinação de núcleos vCPU e/ou memória de contêiner não estiver disponível, escolha a mais próxima, arredondando os núcleos vCPU e a memória de contêiner.

Próximas etapas

Agora que você entendeu as recomendações gerais para conteinerizar aplicativos Java, continue no seguinte artigo para estabelecer uma linha de base de conteinerização:

• Estabelecer uma linha de base para aplicativos Java em contêineres