注意这几点，轻轻松松配置 Nginx + Tomcat 的集群和负载均衡

淡淡的烟草味﹌ 2021-09-19 15:32 82阅读 0赞

Tomcat 集群是当单台服务器达到性能瓶颈，通过横向扩展的方式提高整体系统性能的有效手段。Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理 web 服务器，可以通过简单的配置实现 Tomcat 集群的负载均衡。

本文使用的 Tomcat 是 8.5.35 版本，Nginx 是 1.14.2 版本。接下来看下配置的过程以及可能会遇到的问题，首发于微信公众号「顿悟源码」。

## 1. 概述 ##

对于 Web 应用来说，集群最大的问题就是 Session 信息的共享，一般有以下解决方法：

*  使用**粘性会话**，比如，使用 IP Hash 的负载均衡策略，将当前用户的请求都集中到一台服务器上；缺点是单点故障，会话丢失
 *  使用 **Session 复制**，使用 Tomcat 自带的 Session 复制策略，将会话信息同步到集群的各个节点；缺点是消耗更多内存和带宽，适用于小型集群
 *  使用第三方缓存中间件缓存整个集群会话信息，比如 **Redis 缓存**，可由应用程序控制与 Session 的关联，也可以适配 Tomcat
 *  当然了，也可以把会话信息存到共享文件系统或者数据库

在配置 Nginx 的过程中，可能会遇到以下问题：

*  配置 upstream 名称时不能使用下划线，比如 tomcat\_ha，否则 Tomcat 会抛出 The character \[\_\] is never valid in a domain name 的异常
 *  在 windows 上杀掉所有的 nginx.exe 进程，`taskkill /fi "imagename eq nginx.exe" /f`
 *  在 windows 上有个 pid 为 4 的系统进程会占用 80 端口，所以这里将 nginx 改为了 8000

在配置 Tomcat 集群的过程中，需要注意的问题：

*  确保 web.xml 配置了 **<distributable/>** 元素
 *  确保 Context 的 Manager 别被替换成了标准会话管理器
 *  Receiver.address 不要配置成 auto，因为默认可能会绑定 127.0.0.1；Receiver.port 可改也可不改，Tomcat 会自行检测 4000-4100 范围内的可用端口，**自动处理冲突**
 *  如果在不同服务器上，需要**关闭防火墙或开端口**，还有时间同步

### 2. Nginx 核心配置 ###

Nginx 使用的是默认配置，添加和修改的核心配置如下：

http {
      ...
      #gzip  on;
      
      #设置负载均衡的服务器列表和权重
      upstream tomcat-ha {
          #ip_hash; 
          server 172.31.1.41:8080 weight=1;
          server 172.31.1.42:8080 weight=1;
      }
      
      server {
          listen       8000;
          server_name  localhost;
    
          #charset koi8-r;
          #access_log  logs/host.access.log  main;
    
          location / {
              root   html;
              index  index.html index.htm;
              #转发请求
              proxy_pass http://tomcat-ha;
              proxy_set_header Host $http_host;
              proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
              proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
              proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
          }
          ...
      }
    }

## 3. Tomcat 集群配置 ##

启用集群配置，在 <Engine> 元素中添加以下配置：

<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster" channelSendOptions="6">
      
      <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.BackupManager"
                 expireSessionsOnShutdown="false"
                 notifyListenersOnReplication="true"
                 mapSendOptions="6"/>
      
      
      <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
        <Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
                    address="228.0.0.4"
                    port="45564"
                    frequency="500"
                    dropTime="3000"/>
        <Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
                  address="192.168.10.2"
                  port="5000"
                  selectorTimeout="100"
                  maxThreads="6"/>
        <Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
          <Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
        </Sender>
        <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
        <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatchInterceptor"/>
        <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.ThroughputInterceptor"/>
      </Channel>
      
      <Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
             filter=".*\.gif|.*\.js|.*\.jpeg|.*\.jpg|.*\.png|.*\.htm|.*\.html|.*\.css|.*\.txt"/>
      <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
    </Cluster>

简单描述下工作原理：

1.  nginx 将请求转发给 Tomcat1，请求登录认证，创建会话，生成 Cookie，在响应返回之前，将 Session 信息复制到 Tomcat2
2.  再次请求时，nginx 将带着会话 Cookie 的请求转发给了 Tomcat2，Tomcat2 发现内部 Session 池中有关联的已认证成功的 Session 对象，不再认证返回请求资源

## 4. 验证负载均衡和 Session 复制 ##

### 4.1 测试环境 ###

1.  使用两台 PC 部署 Tomcat，对应关系是：172.31.1.41-Tomcat1，172.31.1.42-Tomcat2
2.  部署基于使用 Tomcat 自带的 SessionExample 程序，编写了一个 tomcat-benchmark 的 web 应用
3.  结合 Tomcat 自带的 Manager 应用，查看已部署应用内部 Session 池

### 4.2 负载均衡 ###

修改 tomcat-benchmark 部署描述符文件中的 context-param 为 "I'm Tomcat 1/2" 用于区分两个 Tomcat，启动 Nginx 和 Tomcat，在浏览器访问 172.31.1.42:8080 可以看到请求在两个服务器间切换：

![req-balance][]

### 4.3 Session 复制 ###

为了方便理解，这里先把 Nginx 的负载均衡策略设置成 ip\_hash：

1.  假设 Nginx 始终将请求定位到 Tomcat1 上，然后在 Tomcat1 上创建会话，往会话中添加一些属性
2.  关闭 Tomcat1 模拟故障，此时 Nginx 会带着之前的会话 Cookie 将请求转发到 Tomcat2，上
3.  查看 Tomcat2 上是否存在与 Cookie(JSESSIONID) 关联的 Session 信息，若有表示复制成功

整个过程如下：

![session-copy][]

动图正好与上述描述的相反，可以看到 Session 信息从 Tomcat2 复制到了 Tomcat1 中。

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[req-balance]: /images/20210812/2052a085ad254ad8ac158cfaeeafbda3.png
[session-copy]: /images/20210812/ae2e2612bc7e4c3896c2b41b8e039a40.png