Containerize as suas aplicações Java

Este artigo fornece uma visão geral das estratégias e configurações recomendadas para a conteinerização de aplicativos Java. Ao colocar um aplicativo Java em contêineres, considere cuidadosamente quanto tempo de CPU o contêiner tem disponível. Em seguida, considere a quantidade de memória disponível em termos de quantidade total de memória e o tamanho da pilha da Java Virtual Machine (JVM). Em ambientes em contêineres, 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 heurística 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 determinam o comportamento do coletor de lixo (GC) e o desempenho geral do sistema.

Contentorizar uma nova aplicação

Ao colocar em contêineres uma carga de trabalho Java para um novo aplicativo, você deve levar duas coisas em conta ao pensar em memória:

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

Compreender a ergonomia padrão da JVM

Os aplicativos precisam de um ponto de partida e configurações. A JVM tem ergonomia padrão com valores predefinidos que são baseados no número de processadores disponíveis e na 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:

Recursos disponíveis	GC padrão
Qualquer número de processadores Até 1.791 MB de memória	SerialGC
2+ processadores 1.792 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% de memória disponível
256 MB até 512 MB	~ 127 MB
Mais de 512 MB	25% de 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.

Sugestão

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, a JVM precisa de mais memória do que a utilizada para o heap da JVM. Quando você define a memória de heap máxima da JVM, ela nunca deve ser igual à quantidade de memória do contêiner, pois isso causa erros de falta de memória (OOM) do contêiner e falhas no contêiner.

Sugestão

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

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

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

Tamanho mínimo/inicial da pilha

Onde 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 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 quantidades absolutas ou -XX:InitialRAMPercentage para quantias percentuais.

Importante

A bandeira -XX:MinRAMPercentage, apesar do que o nome sugere, é usada para definir a porcentagem máxima de RAM padrão para sistemas com até 256 MB de RAM disponível no sistema.

Determinar qual GC usar

Anteriormente, você determinou a quantidade de memória de heap da JVM inicialmente. 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 GC. A tabela a seguir descreve as características de cada GC.

Fatores	SerialGC	ParallelGC	G1GC	ZGC	ShenandoahGC
Número de núcleos	1	2	2	2	2
Multithreaded	Não	Sim	Sim	Sim	Sim
Tamanho do heap Java	<4 GBytes	<4 GBytes	>4 GBytes	>4 GBytes	>4 GBytes
Pausa	Sim	Sim	Sim	Sim (<1 ms)	Sim (<10 ms)
Tolerância	Mínimo	Mínimo	Moderado	Moderado	Moderado
Efeito de latência de cauda	Alto	Alto	Alto	Baixo	Moderado
Versão JDK	Todos	Todos	JDK 8+	JDK 17+	JDK 11+
Melhor para	Pilhas pequenas de núcleo único	Pilhas pequenas com vários núcleos ou cargas de trabalho em lote com qualquer tamanho de heap	Responsivo em pilhas médias a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)	Responsivo em pilhas médias a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)	Responsivo em pilhas médias a grandes (interações solicitação-resposta/banco de dados)

Sugestão

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

Determinar quantos núcleos de CPU são necessários

Para qualquer GC diferente do SerialGC, recomendamos dois ou mais núcleos vCPU - ou pelo menos 2000m para cpu_limit no Kubernetes. Não recomendamos selecionar nada menos do que um núcleo de vCPU em ambientes em contêineres.

Sugestão

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

Escolha um ponto de partida

Recomendamos começar com duas réplicas ou instâncias em ambientes de orquestração de contêineres, 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 vCPU	Memória do contentor	Tamanho da pilha da JVM	CG	Réplicas
2	4 GB	75%	ParallelGC	2

Use os seguintes parâmetros da JVM:

-XX:+UseParallelGC -XX:MaxRAMPercentage=75

Contentorizar uma aplicação local existente

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

• A mesma quantidade de memória que o aplicativo tem acesso atualmente.
• O mesmo número de CPUs ou núcleos vCPU que o aplicativo tem atualmente disponível.
• Os mesmos parâmetros da JVM que você usa atualmente.

Se a combinação de núcleos vCPU ou memória do contentor não estiver disponível, escolha a opção mais próxima, arredondando para cima os núcleos vCPU e a memória do contentor.

Próximos passos

Agora que você entende as recomendações gerais para a conteinerização de aplicativos Java, continue para o seguinte artigo para estabelecer uma linha de base de conteinerização:

• Estabelecer uma linha de base para aplicativos Java em contêineres