Linux サーバで動く Java アプリケーションのためのネットワーク最適化：接続管理からパフォーマンス調整まで

はじめに

Javaで開発したアプリケーションをLinuxサーバ上で運用していると、「ネットワークが遅い」「接続数が増えるとレスポンスが落ちる」といった問題に直面することがあります。
これらの多くは、OS側のTCP設定やJava側のソケット制御の最適化不足によって発生します。

この記事では、Java × Linux環境でのネットワーク最適化に焦点を当て、接続管理・TCP設定・スレッドチューニング・I/Oモデル選択といった観点から、パフォーマンス向上の実践的なアプローチを解説します。

1. 接続管理の基本：ソケットの扱い方を理解する

1-1. ソケットオプションの見直し

JavaのSocketやServerSocketクラスでは、setReuseAddress()やsetTcpNoDelay()などの設定が可能です。
用途に応じてこれらを最適化することで、接続再利用や遅延の削減が期待できます。

ServerSocket server = new ServerSocket();
server.setReuseAddress(true); // TIME_WAIT回避に有効
server.bind(new InetSocketAddress(8080));

また、クライアント側でsetTcpNoDelay(true)を設定することで、Nagleアルゴリズムによる送信遅延を防げます。

Socket socket = new Socket();
socket.setTcpNoDelay(true);

1-2. 接続プーリングの活用

高頻度でHTTP通信やDBアクセスを行う場合、接続プーリングが有効です。
例えば、HTTP通信ではApache HttpClientやOkHttpのコネクションプールを活用します。

ConnectionPool pool = new ConnectionPool(10, 5, TimeUnit.MINUTES);
OkHttpClient client = new OkHttpClient.Builder()
    .connectionPool(pool)
    .build();

これにより、TCPハンドシェイクのコストを大幅に削減できます。

2. Linux カーネル側の最適化

2-1. 同時接続数の上限設定

大量の接続を扱う場合は、以下のパラメータを見直します。

# ファイルディスクリプタ上限
ulimit -n 65535

# 同時接続待ちキュー
sudo sysctl -w net.core.somaxconn=1024

# TCPバッファの拡張
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 6291456"
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem="4096 65536 6291456"

これにより、同時接続性能とデータ転送効率が向上します。

2-2. TIME_WAIT の処理を最適化

短時間で大量の接続を捌く場合、TIME_WAITソケットが増えることがあります。
以下の設定で再利用・短縮を検討します。

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=30

ただし、セキュリティ要件（SSL/TLS利用など）によっては慎重な設定が必要です。

3. スレッドとI/Oモデルの最適化

3-1. ブロッキング vs ノンブロッキング I/O

Javaでは、java.netパッケージ（ブロッキングI/O）とjava.nio（ノンブロッキングI/O）を選択できます。

• 小規模でシンプルなサーバ → ブロッキングI/O
• 高並列・リアルタイム性重視 → NIO / Netty

NettyなどのNIOフレームワークを使うと、スレッド数を効率的に制御できます。

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(4);

3-2. スレッドプールのサイズ調整

スレッド数が多すぎるとコンテキストスイッチが増加し、逆に性能が低下します。
CPUコア数に応じて、次のように設定するのが一般的です。

int threads = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(threads);

4. SSL／TLS 通信の最適化

SSL/TLS通信では、暗号化処理のオーバーヘッドが発生します。
Java 11以降では、TLS 1.3 と OpenSSL連携（OpenJSSEやConscrypt）を活用することで速度向上が可能です。

# TLS 1.3 を有効化 (JVMオプション)
-Djdk.tls.client.protocols=TLSv1.3

また、セッション再利用（Session Resumption）を有効にするとハンドシェイク負荷が減ります。

5. パフォーマンス計測とチューニング手順

5-1. ネットワークプロファイリング

Linuxでは、ss や iftop, nload などで接続状況を監視できます。

ss -s          # TCP状態の統計
iftop -i eth0  # インターフェース別帯域監視

Javaアプリ側では、JVisualVMやMicrometerを使ってスレッド使用率・GC時間などを観測しましょう。

5-2. 継続的なベンチマーク

Apache JMeterやwrkを使って定期的にロードテストを行うことで、最適化の効果を定量的に把握できます。

まとめ