深入排查：Tomcat生成Session ID耗时166秒，竟是因为熵池枯竭？

现象

周一早上，运维小王泡了杯茶，准备开始一天的工作。他像往常一样打开内部管理系统，输入账号密码，点击登录……然后，茶杯见底了，页面还在转圈。
一些内部管理系统，Java的程序部署到服务器之后，由于并发不高，晚上没人使用，第2天或者周一早上开始使用的人会登录特别缓慢。

分析

反复检查程序都没有发现问题，主要一开始怀疑IO的问题，因为内存中的一般不会出现超时的。但是没发现IO问题，却在无意间在上看到了一下提示。

2020-07-25 11:08:50 - [WARN ] [http-nio-8092-exec-10] o.a.c.util.SessionIdGeneratorBase : Creation of SecureRandom instance for session ID generation using [SHA1PRNG] took [28,190] milliseconds. 2020-07-25 11:08:50 - [WARN ] [http-nio-8092-exec-6] o.a.c.util.SessionIdGeneratorBase : Creation of SecureRandom instance for session ID generation using [SHA1PRNG] took [65,102] milliseconds. 2020-07-25 11:08:50 - [WARN ] [http-nio-8092-exec-2] o.a.c.util.SessionIdGeneratorBase : Creation of SecureRandom instance for session ID generation using [SHA1PRNG] took [166,254] milliseconds.

从日志可以看出，SessionIdGeneratorBase这个类要创建一个SecureRandom用于生成sessionID，居然用了几十秒到一百多秒不等的时间。

原因

原因是Tomcat在产生session ID时的SHA1PRANG算法使用了jre的SecureRandom。SHA1PRNG 算法是基于 SHA-1 算法实现且保密性较强的伪随机数生成器。而SHA1PRNG的种子产生器，是通过读取$JAVA_HOME/jre/lib/security/java.security 这个文件获取的，配置项为securerandom.source。

以下是java.security的配置片段：

# "file:/dev/urandom" will enable the native Microsoft CryptoAPI seeding # mechanism for SHA1PRNG. # # By default, an attempt is made to use the entropy gathering device # specified by the "securerandom.source" Security property. If an # exception occurs while accessing the specified URL: # # SHA1PRNG: # the traditional system/thread activity algorithm will be used. # # NativePRNG: # a default value of /dev/random will be used. If neither # are available, the implementation will be disabled. # "file" is the only currently supported protocol type. # # The entropy gathering device can also be specified with the System # property "java.security.egd". For example: # # % java -Djava.security.egd=file:/dev/random MainClass # # Specifying this System property will override the # "securerandom.source" Security property. # # In addition, if "file:/dev/random" or "file:/dev/urandom" is # specified, the "NativePRNG" implementation will be more preferred than # SHA1PRNG in the Sun provider. # securerandom.source=file:/dev/random

这个/dev/random被称为收集环境噪音的熵收集装置（也叫熵池The entropy gathering device），系统将当前运行的随机状态写入其中，作为伪随机数的种子。/dev/random非常适合那些需要非常高质量随机性的场景，比如一次性的支付或生成密钥的场景。但random有个特点就是阻塞式的，直到熵池收集到足够的环境噪声数据。由于长时间无人使用系统，就会导致熵池变空，从而无法产生随机数。我们看到这个配置的注释里也提到了另外一个文件，那就是/dev/urandom。它和/dev/random的区别就是，urandom是ublock的。

因此，由于无法产生随机数，jvm就阻塞住了，直至有足够的环境噪音，这样子随机数的随机行当然是高了很多，但也给系统带来了问题。可以将

securerandom.source=file:/dev/random

改为

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

为什么会多了个./呢，据说这是jvm的一个bug，有人反馈即使对 securerandom.source 设置为 /dev/urandom 它也仍然使用的 /dev/random。所以使用/dev/./urandom 这样的变通方法。也有人评论说这个不是 bug，是有意为之。