Tomcat 重启后第一次访问特别慢的问题

矫情吗；* 2022-03-30 11:16 720阅读 0赞

## 问题 ##

在阿里云或腾讯云上使用ECS时，启动Tomcat后，第一次访问时间特别长。

## 怎么解决这个问题 ##

找到Tomcat 使用JDK安装目录，例如，我的服务器JDK安装目录是：

cd /opt/software/

cd jdk1.8.0_181/jre/lib/security

编辑`java.security`文件：

vim java.security

找到：

securerandom.source=file:/dev/random

修改为如下：

securerandom.source=file:/dev/./urandom

重启Tomcat验证，是不是速度上来了。

## 问题分析 ##

在Centos启动官方的Tomcat时，启动过程很慢，需要几分钟，经过查看日志，发现耗时在这里：

是session引起的随机数问题导致的：

org.apache.catalina.util.SessionIdGenerator.createSecureRandom Creation of SecureRa
    ndom instance for session ID generation using [SHA1PRNG] took [142,673] milliseconds.

### JVM上的随机数与熵池策略 ###

在Apache-Tomcat官方文档：如何让Tomcat启动更快 里面提到了一些启动时的优化项，其中一项是关于随机数生成时，采用的“熵源”(entropy source)的策略。

他提到Tomcat7的session id的生成主要通过`java.security.SecureRandom`生成随机数来实现，随机数算法使用的是`”SHA1PRNG”`

private String secureRandomAlgorithm = "SHA1PRNG";

在`sun/oracle`的jdk里，这个算法的提供者在底层依赖到操作系统提供的随机数据，在linux上，与之相关的是`/dev/random`和`/dev/urandom`，对于这两个设备块的描述以前也见过讨论随机数的文章，wiki中有比较详细的描述，摘抄过来，先看`/dev/random` ：

在读取时，`/dev/random`设备会返回小于熵池噪声总数的随机字节。`/dev/random`可生成高随机性的公钥或一次性密码本。若熵池空了，对`/dev/random`的读操作将会被阻塞，直到收集到了足够的环境噪声为止

而`/dev/urandom`则是一个非阻塞的发生器:

`/dev/random`的一个副本是`/dev/urandom` （”unlocked”，非阻塞的随机数发生器），它会重复使用熵池中的数据以产生伪随机数据。这表示对`/dev/urandom`的读取操作不会产生阻塞，但其输出的熵可能小于`/dev/random`的。它可以作为生成较低强度密码的伪随机数生成器，不建议用于生成高强度长期密码。

另外wiki里也提到了为什么linux内核里的随机数生成器采用SHA1散列算法而非加密算法，是为了避开法律风险(密码出口限制)。

回到tomcat文档里的建议，采用非阻塞的熵源(entropy source)，通过java系统属性来设置：

-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom

[catalina.sh][]

if [[ "$JAVA_OPTS" != *-Djava.security.egd=* ]]; then
        JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom"
    fi

这个系统属性egd表示熵收集守护进程(entropy gathering daemon)，但这里值为何要在dev和random之间加一个点呢？

是因为一个jdk的bug，在这个bug的连接里有人反馈及时对 securerandom.source 设置为 `/dev/urandom` 它也仍然使用的 `/dev/random`，有人提供了变通的解决方法，其中一个变通的做法是对`securerandom.source`设置为 `/dev/./urandom` 才行。也有人评论说这个不是bug，是有意为之。

不确定jdk7里，这个 `/dev/urandom` 也同那个bug报告里所说的等同于 `/dev/random`；要使用非阻塞的熵池，这里还是要修改为`/dev/./urandom` 呢，还是jdk7已经修复了这个问题，就是同注释里的意思，只好验证一下。

使用bug报告里给出的代码：

import java.security.SecureRandom;
    class JRand { 
        public static void main(String args[]) throws Exception { 
            System.out.println("Ok: " +
                SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG").nextLong());
        }
    }

然后设置不同的系统属性来验证，先是在Mac上测试：

% time java -Djava.security.egd=file:/dev/urandom  JRand
    Ok: 8609191756834777000
    java -Djava.security.egd=file:/dev/urandom JRand  
    0.11s user 
    0.03s system 
    115% cpu 
    0.117 total
    
    % time java -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom  JRand
    Ok: -3573266464480299009
    java -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom JRand  
    0.11s user 
    0.03s system 
    116% cpu 
    0.116 total

可以看到`/dev/urandom`和 `/dev/./urandom` 的执行时间差不多，有点纳闷，再仔细看一下wiki里说的：

> FreeBSD操作系统实现了256位的Yarrow算法变体，以提供伪随机数流。与Linux的/dev/random不同，FreeBSD的/dev/random不会产生阻塞，与Linux的/dev/urandom相似，提供了密码学安全的伪随机数发生器，而不是基于熵池。而FreeBSD的/dev/urandom则只是简单的链接到了/dev/random。

> 尽管在我的Mac上/dev/urandom并不是/dev/random的链接，但mac与bsd内核应该是相近的，/dev/random也是非阻塞的，/dev/urandom是用来兼容linux系统的，这两个随机数生成器的行为是一致的。

然后再到一台ubuntu系统上测试：

% time java -Djava.security.egd=file:/dev/urandom JRand 
    Ok: 6677107889555365492 
    java -Djava.security.egd=file:/dev/urandom JRand 
    0.14s user 0.02s system 9% cpu 1.661 total
    
    % time java -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom JRand 
    Ok: 5008413661952823775 
    java -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom JRand 
    0.12s user 0.02s system 99% cpu 0.145 total

这回差异就完全体现出来了，阻塞模式的熵池耗时用了1.6秒，而非阻塞模式则只用了0.14秒，差了一个数量级，当然代价是转换为对cpu的开销了。

> 注意，连续在ubuntu上测试几次`/dev/random`方式之后，导致熵池被用空，被阻塞了60秒左右。应用服务器端要避免这种方式。

> 推荐使用`/dev/./urandom`

原文地址：

[http://hongjiang.info/jvm-random-and-entropy-source/][http_hongjiang.info_jvm-random-and-entropy-source]

[catalina.sh]: http://catalina.sh
[http_hongjiang.info_jvm-random-and-entropy-source]: http://hongjiang.info/jvm-random-and-entropy-source/