MQTT百万TCP连接（服务端+客户端）调优
- Linux系统优化（CentOS7）
- 打开文件句柄数(nofile)
- 全局限制
- 进程限制
- TCP协议栈参数
- JVM 11参数优化
- 压力机优化
- 选择哪个MQTT客户端？
- 压力机环境配置
- 压测结果
Linux系统优化（CentOS7）
打开文件句柄数(nofile)
nofile=number of open file descriptors，在linux下编写网络服务器程序时，每一个TCP连接都要占一个文件句柄。一旦这个文件句柄使用完了，建立新连接时就会发生文件打开过多的错误。linux对nofile的限制分为进程限制和全局限制。
全局限制
# 查看全局nofile
cat /proc/sys/fs/file-nr
# 输出结果：896 0 788492，
# 三个数字分别表示：1.已经分配的文件句柄数，2.已经分配但没有使用的文件句柄数，3.最大nofile限制数量
# 查看单个（fs.nr_open）和所有进程（fs.file-max）nofile限制
sysctl -n fs.nr_open 或者 cat /proc/sys/fs/nr_open
sysctl -n fs.file-max 或者 cat /proc/sys/fs/file-max
# 修改单个和所有进程nofile限制
sysctl -w fs.nr_open=2097152
sysctl -w fs.file-max=2097152
# 持久化修改nr_open和file-max
vi /etc/sysctl.conf
# 增加配置
fs.nr_open = 2097152
fs.file-max = 2097152
# 设置服务的nofile
vi /etc/systemd/system.conf
# 启用并修改配置
DefaultLimitNOFILE=2097152进程限制
进程的nofile限制分为：
- 软限制（soft limit）：内核实际执行的限制，任何进程都可以将软限制设置 ≤ 进程的硬限制的值。
- 硬限制（hard limit）：可以在任何时候，对任何进程中设置，但硬限制需要由超级用户修改。
# 查看软限制
ulimit -Sn 或者 ulimit -n
# 修改软限制
ulimit -Sn 1048576 或者 ulimit -n 1048576
# 查看硬限制
ulimit -Hn
# 修改硬限制
ulimit -Hn 1048576
# 持久化修改nofile限制，需要修改limits.conf。需重启生效，并且在/etc/pam.d/中的seesion有使用到limit模块
vi /etc/security/limits.conf
# 添加nofile限制
* soft nofile 1048576
* hard nofile 1048576
# 在测试最大连接数时，可以将该值设置的较大，例如：2097152 = 2048 * 1024。
# 在实际环境中，因为还要处理数据业务逻辑，太大的值其实没有必要，例如：1048576 = 1024 * 1024。TCP协议栈参数
# 通过sysctl命令查看(-n)和修改(-w)网络参数，例如：
sysctl -n net.core.somaxconn
sysctl -w net.core.somaxconn=32768
sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384
sysctl -w net.core.netdev_max_backlog=16384
# 持久化修改参数，编辑完成后，使用sysctl -p命令，刷新生效
vi /etc/sysctl.conf
# 添加配置
# 每一个端口最大的监听队列的长度，这是个全局的参数。
net.core.somaxconn=32768
# 对于还未获得对方确认的连接请求，可保存在队列中的最大数目。如果服务器经常出现过载，可以尝试增加这个数字。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384
# 在每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。
net.core.netdev_max_backlog=16384
# 每个tcp连接占用内存，共三个值：最小字节数 默认值 最大字节数
net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728
# 每个tcp连接的读缓冲（接收缓冲），缓存从对端接收的数据，后续会被应用程序读取
net.ipv4.tcp_rmem = 2048 32768 4194304
# 每个tcp连接的写缓冲（发送缓冲），缓存应用程序的数据，有序列号被应答确认的数据会从发送缓冲区删除掉
net.ipv4.tcp_wmem = 2048 8192 2097152JVM 11参数优化
# jvm启动参数
java -server -Xss256k -Xms1g -Xmx6g -Xmn900M \
-XX:MaxMetaspaceSize=128m -XX:MaxDirectMemorySize=6g \
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC \
-jar <jar包名称>检查CPU和内存使用情况，调整jvm启动参数
# 通过top查看CPU使用情况
top -p <进程ID>
# 系统内存使用状况
free -m
# 通过jhsdb查看堆内存使用情况
jhsdb jmap --heap --pid <进程ID>压力机优化
选择哪个MQTT客户端？
常见的mqtt客户端，有eclipse的paho，dreamlu的mica-mqtt。一番测试和源码分析后，发现它们都有一个相同的问题：每创建一个MQTT客户端，都会创建3~4个线程。即使通过设置xss参数来减少栈容量，也无济于事，直接pass掉。最后发现了hive-mqtt，他使用的netty架构，果断选择它作为压力测试的客户端。
压力机环境配置
压力机在解除了系统文件句柄数的限制后，但仍会出现并发TCP连接数增加到一定数量时，再也无法成功建立新的TCP连接的现象。在确保内存和CPU足够的情况下，出现这种现在的原因有多种：
- 如果发现发现tcp连接数达到1.6w左右就连不上去了，本地端口号范围可能太小。
# 如果压力机是window，修改端口配置如下
netsh int ipv4 set dynamicport tcp start=5000 num=65535# 如果压力机是linux，修改端口配置如下
echo 5000 65535 > /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range- 经过以上的修改，客户端能建立的最大连接数，可以到6万，因为本地端口使用完，不能继续增加连接，这还是不能满足我们的需求，这是可以考虑在一个网卡上绑定多个IP地址。
cd /etc/sysconfig/network-scripts
# 绑定多个网卡地址，我的测试机网卡设备名称为ens192，根据自己不同的名称，自行调整
vi ifcfg-ens192:0
# 增加如下内容：
DEVICE="ens192:0"
IPADDR="172.16.206.190" # 新绑定的网卡地址
PREFIX="24"
GATEWAY="172.16.206.1"
# 重复上述操作，绑定多个IP地址：ens192:1、ens192:2、ens192:3、ens192:4注意：配置多个网卡后，建立TCP连接时，客户端需要绑定指定的网卡。
3. 通过上述操作，单个压力机的连接数增加到了27万后，无法继续建立连接。换个压力机又可以继续连接，即排除服务端原因。怀疑时vmware或者交换机上的限制，暂时没有条件和资料进行排查，后继再继续。
压测结果
emqx的社区版，不支持集群和需要的转储，erlang自己也不会，只好自己写了一个MQTT Broker来用。
将自研的mqtt broker部署在一个4C8G的虚拟机上，JVM -Xmx4g，做到了60W连接。
切换到8C16G、-Xmx12g的机器上，轻松做到了130万连接，因压力机不足，没有再继续。
差不多4g内存，可以支撑60万连接，只是连接数这个性能已经超越了EMQX，小小的开心一下。
