Java 应用 Kubernetes 资源配置详细方案

1. JVM 参数与容器内存配置

1.1 基础配置原则

yaml

# Kubernetes Deployment 配置
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: java-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: java-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: java-app
    spec:
      containers:
      - name: java-app
        image: openjdk:11-jre-slim
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
          limits:
            cpu: 2000m
            memory: 2Gi
        env:
        - name: JAVA_OPTS
          value: >-
            -Xms512m 
            -Xmx1536m 
            -XX:MaxMetaspaceSize=256m 
            -XX:MaxDirectMemorySize=128m
            -XX:+UseContainerSupport
            -XX:MaxRAMPercentage=75.0
        - name: JVM_OPTS
          value: >-
            -XX:+UseG1GC 
            -XX:+UseStringDeduplication
            -XX:+PrintGCDetails
            -XX:+PrintGCTimeStamps
            -Xloggc:/var/log/gc.log

1.2 内存分配详细说明

bash

# 容器内存限制: 2Gi (2048Mi)
# 内存分配策略:
# - Heap Memory (-Xmx): 1536Mi (75%)
# - Metaspace: 256Mi (12.5%)
# - Direct Memory: 128Mi (6.25%)
# - 其他开销: 128Mi (6.25%) - GC、线程栈、JIT编译等

# 计算公式:
# Container Memory = Heap + Metaspace + Direct Memory + OS Cache + Other Overhead
# 2048Mi = 1536Mi + 256Mi + 128Mi + 128Mi

2. 不同规模应用的配置模板

2.1 小型 Spring Boot 应用

yaml

# 适用于: 微服务、简单 Web 应用
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: small-java-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: my-spring-boot-app:latest
        resources:
          requests:
            cpu: 250m
            memory: 512Mi
          limits:
            cpu: 1000m
            memory: 1Gi
        env:
        - name: JAVA_OPTS
          value: >-
            -Xms256m 
            -Xmx768m 
            -XX:MaxMetaspaceSize=128m
            -XX:MaxDirectMemorySize=64m
            -XX:+UseContainerSupport
            -XX:MaxRAMPercentage=75.0
        - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
          value: "production"
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /actuator/health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 45
          periodSeconds: 10
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /actuator/health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 60
          periodSeconds: 15

2.2 中型业务应用

yaml

# 适用于: 复杂业务逻辑、中等并发
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: medium-java-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: my-business-app:latest
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
          limits:
            cpu: 2000m
            memory: 2Gi
        env:
        - name: JAVA_OPTS
          value: >-
            -Xms512m 
            -Xmx1536m 
            -XX:MaxMetaspaceSize=256m
            -XX:MaxDirectMemorySize=128m
            -XX:+UseContainerSupport
            -XX:+UseG1GC
            -XX:G1HeapRegionSize=16m
            -XX:G1MixedGCCountTarget=8
            -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
        - name: JVM_MONITORING
          value: >-
            -Dcom.sun.management.jmxremote
            -Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999
            -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
            -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
        ports:
        - containerPort: 8080
          name: http
        - containerPort: 9999
          name: jmx

2.3 大型高并发应用

yaml

# 适用于: 高并发、大数据处理
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: large-java-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: my-large-app:latest
        resources:
          requests:
            cpu: 1000m
            memory: 2Gi
          limits:
            cpu: 4000m
            memory: 4Gi
        env:
        - name: JAVA_OPTS
          value: >-
            -Xms1024m 
            -Xmx3072m 
            -XX:MaxMetaspaceSize=512m
            -XX:MaxDirectMemorySize=256m
            -XX:+UseContainerSupport
            -XX:+UseG1GC
            -XX:+UseStringDeduplication
            -XX:G1HeapRegionSize=32m
            -XX:MaxGCPauseMillis=200
            -XX:ParallelGCThreads=4
            -XX:ConcGCThreads=2
        - name: JVM_PERFORMANCE
          value: >-
            -XX:+UseLargePages
            -XX:+AlwaysPreTouch
            -XX:+DisableExplicitGC
            -XX:+OptimizeStringConcat

3. 容器感知配置详解

3.1 UseContainerSupport 详细说明

yaml

# 启用容器支持 (JDK 8u191+, JDK 11+)
env:
- name: JAVA_OPTS
  value: >-
    -XX:+UseContainerSupport
    -XX:MaxRAMPercentage=75.0
    -XX:InitialRAMPercentage=50.0
    -XX:MinRAMPercentage=25.0

# 或使用 JDK 11+ 的新参数
- name: JAVA_OPTS
  value: >-
    -XX:+UseContainerSupport
    -XX:MaxRAMPercentage=75.0
    -XX:ActiveProcessorCount=2

3.2 动态内存配置脚本

yaml

# 使用 init container 动态计算内存参数
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: dynamic-java-app
spec:
  template:
    spec:
      initContainers:
      - name: memory-calculator
        image: busybox
        command:
        - sh
        - -c
        - |
          MEMORY_LIMIT=$(cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes)
          MEMORY_GB=$((MEMORY_LIMIT / 1024 / 1024 / 1024))
          HEAP_SIZE=$((MEMORY_GB * 75 / 100))
          echo "-Xmx${HEAP_SIZE}g" > /shared/jvm-opts
        volumeMounts:
        - name: shared-data
          mountPath: /shared
      containers:
      - name: app
        image: my-app:latest
        command:
        - sh
        - -c
        - |
          JVM_OPTS=$(cat /shared/jvm-opts)
          java $JVM_OPTS -jar app.jar
        volumeMounts:
        - name: shared-data
          mountPath: /shared
      volumes:
      - name: shared-data
        emptyDir: {}

4. 监控和诊断配置

4.1 JVM 监控配置

yaml

# 添加 JVM 监控和调试功能
env:
- name: JAVA_OPTS
  value: >-
    -Xms512m 
    -Xmx1536m
    -XX:+UseContainerSupport
    -XX:+PrintGC
    -XX:+PrintGCDetails
    -XX:+PrintGCTimeStamps
    -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime
    -XX:+PrintStringDeduplicationStatistics
    -Xloggc:/var/log/gc.log
    -XX:+UseGCLogFileRotation
    -XX:NumberOfGCLogFiles=5
    -XX:GCLogFileSize=10M
- name: JMX_OPTS
  value: >-
    -Dcom.sun.management.jmxremote
    -Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999
    -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
    -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
    -Djava.rmi.server.hostname=127.0.0.1

4.2 健康检查配置

yaml

# 配置合适的健康检查
readinessProbe:
  httpGet:
    path: /actuator/health
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 60    # Java 应用启动时间较长
  periodSeconds: 10
  timeoutSeconds: 5
  failureThreshold: 3

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /actuator/health
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 90    # 给足够时间让应用完全启动
  periodSeconds: 15
  timeoutSeconds: 10
  failureThreshold: 3

startupProbe:
  httpGet:
    path: /actuator/health
    port: 8080
  initialDelaySeconds: 30
  periodSeconds: 5
  timeoutSeconds: 3
  failureThreshold: 20       # 最长等待 100 秒启动

5. 不同环境的配置差异

5.1 开发环境配置

yaml

# development 环境 - 便于调试
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: java-app-dev-config
data:
  JAVA_OPTS: >-
    -Xms256m 
    -Xmx1024m
    -XX:+UseContainerSupport
    -XX:MaxRAMPercentage=80.0
    -XX:+PrintGCDetails
    -Xdebug
    -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=*:5005
    -Dspring.profiles.active=dev
    -Dlogging.level.root=DEBUG

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: java-app-dev
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        resources:
          requests:
            cpu: 250m
            memory: 512Mi
          limits:
            cpu: 2000m    # 开发环境给予更多 CPU 资源
            memory: 2Gi
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: java-app-dev-config
        ports:
        - containerPort: 5005
          name: debug

5.2 生产环境配置

yaml

# production 环境 - 性能优化
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: java-app-prod-config
data:
  JAVA_OPTS: >-
    -Xms1024m 
    -Xmx1536m
    -XX:MaxMetaspaceSize=256m
    -XX:MaxDirectMemorySize=128m
    -XX:+UseContainerSupport
    -XX:MaxRAMPercentage=75.0
    -XX:+UseG1GC
    -XX:+UseStringDeduplication
    -XX:+AlwaysPreTouch
    -XX:+DisableExplicitGC
    -XX:MaxGCPauseMillis=200
    -XX:+PrintGC
    -XX:+PrintGCTimeStamps
    -Xloggc:/var/log/gc.log
    -XX:+UseGCLogFileRotation
    -XX:NumberOfGCLogFiles=5
    -XX:GCLogFileSize=10M
    -Dspring.profiles.active=prod

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: java-app-prod
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        resources:
          requests:
            cpu: 800m      # 基于监控数据的精确配置
            memory: 1536Mi
          limits:
            cpu: 2000m
            memory: 2Gi
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: java-app-prod-config

6. 故障排查和优化脚本

6.1 内存使用情况检查脚本

bash

#!/bin/bash
# 检查 Java 应用内存使用情况

POD_NAME=$1
NAMESPACE=${2:-default}

echo "=== 检查 Pod 资源配置 ==="
kubectl get pod $POD_NAME -n $NAMESPACE -o yaml | grep -A 10 resources:

echo "=== 检查实际资源使用 ==="
kubectl top pod $POD_NAME -n $NAMESPACE

echo "=== 检查 JVM 内存使用 ==="
kubectl exec -n $NAMESPACE $POD_NAME -- jstat -gc 1 | head -2

echo "=== 检查 GC 日志 ==="
kubectl exec -n $NAMESPACE $POD_NAME -- tail -20 /var/log/gc.log

6.2 自动调优建议脚本

bash

#!/bin/bash
# 基于监控数据提供调优建议

POD_NAME=$1
NAMESPACE=${2:-default}

# 获取容器内存限制
MEMORY_LIMIT=$(kubectl get pod $POD_NAME -n $NAMESPACE -o jsonpath='{.spec.containers[0].resources.limits.memory}')

# 获取实际内存使用
MEMORY_USAGE=$(kubectl top pod $POD_NAME -n $NAMESPACE --no-headers | awk '{print $3}')

echo "当前内存限制: $MEMORY_LIMIT"
echo "实际内存使用: $MEMORY_USAGE"

# 提供优化建议
if [[ "$MEMORY_USAGE" =~ ([0-9]+)Mi ]]; then
    USAGE_MI=${BASH_REMATCH[1]}
    RECOMMENDED_HEAP=$((USAGE_MI * 75 / 100))
    
    echo "建议 JVM 配置:"
    echo "  -Xmx${RECOMMENDED_HEAP}m"
    echo "  -XX:MaxMetaspaceSize=$((USAGE_MI * 15 / 100))m"
    echo "  -XX:MaxDirectMemorySize=$((USAGE_MI * 10 / 100))m"
fi

7. 最佳实践总结

7.1 配置检查清单

[ ] 设置了 -Xmx 参数，且不超过容器内存限制的 75%
[ ] 启用了 -XX:+UseContainerSupport
[ ] 配置了 MaxMetaspaceSize 和 MaxDirectMemorySize
[ ] 设置了合适的 GC 算法（推荐 G1GC）
[ ] 配置了 GC 日志输出
[ ] 设置了合适的健康检查时间
[ ] 配置了 JMX 监控（生产环境）

7.2 常见问题避免

避免让 JVM 使用容器全部内存
避免在生产环境开启调试模式
避免使用过小的 Metaspace 限制
避免忽略 Direct Memory 的配置
避免使用默认的 GC 算法（对于大堆内存）

通过以上配置方案，可以确保 Java 应用在 Kubernetes 环境中稳定高效运行。

核心要点说明：

1. 内存配置原则

容器内存限制的 75% 用于 JVM 堆内存
预留 25% 给 Metaspace、Direct Memory 和其他开销
使用 -XX:+UseContainerSupport 让 JVM 感知容器限制

2. 不同规模应用的差异化配置

小型应用：512Mi-1Gi 内存，适合微服务
中型应用：1-2Gi 内存，适合复杂业务逻辑
大型应用：2-4Gi 内存，适合高并发场景

3. 关键 JVM 参数

bash

-XX:+UseContainerSupport      # 容器感知
-XX:MaxRAMPercentage=75.0     # 最大内存使用比例
-XX:+UseG1GC                  # 推荐的 GC 算法
-XX:MaxMetaspaceSize=256m     # 元空间限制
-XX:MaxDirectMemorySize=128m  # 直接内存限制

4. 监控和诊断

配置 GC 日志输出和轮转
启用 JMX 监控
设置合适的健康检查时间

5. 环境差异化

开发环境：更宽松的资源限制，启用调试
生产环境：精确的资源配置，性能优化

这个方案可以帮助您避免常见的 Java 应用在 Kubernetes 中的内存溢出、启动缓慢等问题，确保应用稳定运行。

Java 应用 Kubernetes 资源配置详细方案 ​

1. JVM 参数与容器内存配置 ​

1.1 基础配置原则 ​

1.2 内存分配详细说明 ​

2. 不同规模应用的配置模板 ​

2.1 小型 Spring Boot 应用 ​

2.2 中型业务应用 ​

2.3 大型高并发应用 ​

3. 容器感知配置详解 ​

3.1 UseContainerSupport 详细说明 ​

3.2 动态内存配置脚本 ​

4. 监控和诊断配置 ​

4.1 JVM 监控配置 ​

4.2 健康检查配置 ​

5. 不同环境的配置差异 ​

5.1 开发环境配置 ​

5.2 生产环境配置 ​

6. 故障排查和优化脚本 ​

6.1 内存使用情况检查脚本 ​

6.2 自动调优建议脚本 ​

7. 最佳实践总结 ​

7.1 配置检查清单 ​

7.2 常见问题避免 ​

核心要点说明： ​

Java 应用 Kubernetes 资源配置详细方案

1. JVM 参数与容器内存配置

1.1 基础配置原则

1.2 内存分配详细说明

2. 不同规模应用的配置模板

2.1 小型 Spring Boot 应用

2.2 中型业务应用

2.3 大型高并发应用

3. 容器感知配置详解

3.1 UseContainerSupport 详细说明

3.2 动态内存配置脚本

4. 监控和诊断配置

4.1 JVM 监控配置

4.2 健康检查配置

5. 不同环境的配置差异

5.1 开发环境配置

5.2 生产环境配置

6. 故障排查和优化脚本

6.1 内存使用情况检查脚本

6.2 自动调优建议脚本

7. 最佳实践总结

7.1 配置检查清单

7.2 常见问题避免

核心要点说明：