tomcat优化——并发和Tomcat线程数

最近一直在解决线上一个问题，表现是：
Tomcat每到凌晨会有一个高峰，峰值的并发达到了3000以上，最后的结果是Tomcat线程池满了，日志看很多请求超过了1s。
服务器性能很好，Tomcat版本是7.0.54，配置如下：

<Executor
      />

   <Connector
             
             
             
             
             
             
             
             
              />

事后thread dump看其实真正处于RUNNABLE状态的线程很少，绝大部分线程都处于TIMED_WAITING状态：

于是大伙都开始纠结为什么线程会涨到3000，而且发现即使峰值过了线程数并不会降下来。
我们首先想到的是：后端应用的处理瞬间比较慢，“堵住了”导致前端线程数涨了起来。但是优化一个版本上线后发现虽然涨的情况有所好转，但是最终线程池还是会达到3000这个最大值。

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以上是大背景，中间的过程省略，直接跟各位说下目前我得到的结论：

1、首先是为什么线程不释放的问题？

简单说下我验证的Tomcat(7.0.54)线程池大概的工作机制
Tomcat启动时如果没有请求过来，那么线程数（都是指线程池的）为0；
一旦有请求，Tomcat会初始化minSapreThreads设置的线程数；
Tomcat会停止长时间闲置的线程。Tomcat还有一个参数叫maxIdleTime：

其实从这个参数解释也能看出来Tomcat会停止闲置了超过一定时间的线程的，这个时间就是maxIdleTime。但我之前的测试中确实没有发现线程释放的现象，这是为什么呢？我发现除了这个参数线程池线程是否释放？释放多少？还跟当前Tomcat每秒处理的请求数（从Jmeter或LoadRunner来看可以理解为TPS）有关系。通过下表可以清晰的看出来线程数，TPS和maxIdleTime之间的关系：

TPS　    maxIdleTime（ms） Thread Count
10  60,000  600
5   60,000  300
1   60,000  60

依次类推，当然Thread Count这一列是一个大约数，上下相差几个，但基本符合这样一个规则：

Thread Count = min(max((TPS * maxIdleTime)/1000,minSpareThreads),maxThreads)

当然这个Thread Count不会小于minSpareThreads，这个跟之前的结论还是一样的。我现在大胆猜测下（回头看源码验证下，或者哪位同学知道告诉我下，谢谢）：

Tomcat线程池每次从队列头部取线程去处理请求，请求完结束后再放到队列尾部，也就是说前后两次请求处理不会用同一个线程。某个线程闲置超过maxIdleTime就释放掉。

假设首先线程池在高峰时期暴涨到1000，高峰过后Tomcat处理一次请求需要1s（从Jmeter看TPS大约就为1），那么在maxIdleTime默认的60s内会用到线程池中60个线程，那么最后理论上线程池会收缩到60（假设minSpareThreads大于60）。另外：这个跟用不用Keep-Alive没关系（之前测试结论是因为用了Keep-Alive导致程序性能下降，TPS降低了很多导致的）

这就是为什么我之前的测试中、还有我们生产环境中线程数只增不减的原因，因为就算峰值过后我们的业务每秒请求次数仍然有100多，100*60=6000，也就是3000个线程每个线程在被回收之前肯定会被重用。

那么现在有另外一个问题，那么正常情况下为什么每秒100次的请求不会导致线程数暴增呢？也就是说线程暴增到3000的瓶颈到底在哪？这个我上面的结论其实也不是很准确。
真正决定Tomcat最大可能达到的线程数是maxConnections这个参数和并发数，当并发数超过这个参数则请求会排队，这时响应的快慢就看你的程序性能了。
这里没说清楚的是并发的概念，不管什么并发肯定是有一个时间单位的（一般是1s），准确的来讲应该是当时Tomcat处理一个请求的时间内并发数，比如当时Tomcat处理某一个请求花费了1s，那么如果这1s过来的请求数达到了3000，那么Tomcat的线程数就会为3000，maxConnections只是Tomcat做的一个限制。

2、为什么线程池会满？

这是我现在纠结的核心。到底是不是应用的性能慢导致的，我现在的结论是有关系，但关键是并发。

Tomcat的线程池的线程数跟你的瞬间并发有关系，比如maxThreads设置为1000，当瞬间并发达到1000那么Tomcat就会起1000个线程来处理，这时候跟你应用的快慢关系不大。
那么是不是并发多少Tomcat就会起多少个线程呢？这里还跟Tomcat的这几个参数设置有关系，看官方的解释是最靠谱的：

maxThreads：The maximum number of request processing threads to be created by this Connector, which therefore determines the maximum number of simultaneous requests that can be handled. If not specified, this attribute is set to 200. If an executor is associated with this connector, this attribute is ignored as the connector will execute tasks using the executor rather than an internal thread pool.
maxConnections：The maximum number of connections that the server will accept and process at any given time. When this number has been reached, the server will accept, but not process, one further connection. This additional connection be blocked until the number of connections being processed falls below maxConnections at which point the server will start accepting and processing new connections again. Note that once the limit has been reached, the operating system may still accept connections based on the acceptCount setting. The default value varies by connector type. For BIO the default is the value of maxThreads unless an Executor is used in which case the default will be the value of maxThreads from the executor. For NIO the default is 10000. For APR/native, the default is 8192.……
acceptCount：The maximum queue length for incoming connection requests when all possible request processing threads are in use. Any requests received when the queue is full will be refused. The default value is 100.
minSpareThreads：The minimum number of threads always kept running. If not specified, the default of 10 is used.

我简单理解就是：maxThreads:Tomcat线程池最多能起的线程数；maxConnections:Tomcat最多能并发处理的请求（连接）；acceptCount:Tomcat维护最大的对列数；minSpareThreads:Tomcat初始化的线程池大小或者说Tomcat线程池最少会有这么多线程。

比较容易弄混的是maxThreads和maxConnections这两个参数：maxThreads是指Tomcat线程池做多能起的线程数，而maxConnections则是Tomcat一瞬间做多能够处理的并发连接数。比如maxThreads=1000，maxConnections=800，假设某一瞬间的并发时1000，那么最终Tomcat的线程数将会是800，即同时处理800个请求，剩余200进入队列“排队”，如果acceptCount=100，那么有100个请求会被拒掉。

注意：根据前面所说，只是并发那一瞬间Tomcat会起800个线程处理请求，但是稳定后，某一瞬间可能只有很少的线程处于RUNNABLE状态，大部分线程是TIMED_WAITING，如果你的应用处理时间够快的话。所以真正决定Tomcat最大可能达到的线程数是maxConnections这个参数和并发数，当并发数超过这个参数则请求会排队，这时响应的快慢就看你的程序性能了。