Nginx + Tomcat 负载均衡、动静分离群集

一、 nginx 简介

Nginx 是一款轻量级的高性能 Web 服务器、反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，在 BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强，在同类型的网页服务器中表现优异，常用于处理高并发场景。

1. 核心功能

高性能

• 采用事件驱动的异步非阻塞架构（epoll/kqueue），单进程可处理数万并发连接，资源消耗极低。
• 静态文件处理速度极快，适合作为静态资源服务器。

反向代理与负载均衡

• 支持 HTTP、HTTPS、SMTP、POP3、IMAP 等协议的代理转发。
• 提供多种负载均衡算法（轮询、IP 哈希、加权负载等），可自动检测后端服务器健康状态。

高可用性

• 支持热部署，更新配置无需重启服务。
• 通过 keepalive 机制减少连接开销，提升稳定性。

模块化设计

• 支持丰富的第三方模块（如缓存、压缩、认证等），可扩展性强。

2. 典型应用场景

Web 服务器

• 直接托管静态网站（HTML、CSS、JS、图片等）。
• 通过 fastcgi 模块支持 PHP 等动态语言（需配合后端服务）。

反向代理与负载均衡

• 作为前端代理服务器，隐藏真实后端服务器，提升安全性。
• 分摊流量到多个后端服务器，避免单点故障。

HTTP 终端代理

• 集中处理 SSL/TLS 加密，降低后端服务器负载。

API 网关

• 实现请求路由、限流、鉴权等功能。

3. 对比 apache

特性	Nginx	Apache
架构	事件驱动（异步非阻塞）	多进程 / 线程（同步阻塞）
并发处理	高（单进程数万连接）	中等（受进程 / 线程数限制）
资源消耗	低	高
模块扩展	需编译时添加	运行时动态加载
配置复杂度	简洁（基于块结构）	灵活但复杂

4.适用场景

• 高并发场景：如电商大促、流量突发的网站。
• 微服务架构：作为 API 网关或服务间的负载均衡器。
• 静态资源服务：托管前端项目、CDN 节点等。

5. 基础配置示例

以下是一个简单的 Nginx 配置文件片段，展示了静态网站托管和反向代理的基本配置：

# 全局配置
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log warn;events {worker_connections 1024;
}http {include /etc/nginx/mime.types;default_type application/octet-stream;# 静态网站配置server {listen 80;server_name example.com;root /var/www/html;index index.html;location / {try_files $uri $uri/ =404;}}# 反向代理配置server {listen 80;server_name api.example.com;location / {proxy_pass http://backend_server:8080;proxy_set_header Host $host;proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;}}
}

二、 tomcat 简介

Apache Tomcat 是一个开源的 Servlet 容器，由 Apache 软件基金会开发和维护。它实现了 Java Servlet、JavaServer Pages (JSP)、Java Expression Language (EL) 和 WebSocket 等技术规范，是运行 Java Web 应用程序的核心平台。

1. 核心功能

轻量级

• 相比完整的 Java EE 应用服务器（如 WebLogic、WebSphere），Tomcat 体积小、启动快，适合开发和测试环境。

开源免费

• 基于 Apache License 2.0 发布，可自由使用和修改。

扩展性强

• 支持各种插件和连接器（如 APR、NIO2），可通过修改配置文件灵活调整。

与 Apache HTTP Server 集成

• 可作为后端 Servlet 容器，与 Apache HTTP Server 配合实现负载均衡。

2. 基本架构

Tomcat 的核心组件包括：

• Server：代表整个 Servlet 容器，包含多个 Service
• Service：连接 Connector 和 Container
• Connector：负责接收客户端请求（如 HTTP、HTTPS）
• Container：处理请求的核心组件，包含 Engine、Host、Context 等
• Web 应用：部署在 Context 中的 WAR 或目录

3. 典型应用场景

Java Web 应用部署

• 运行基于 Spring、Spring Boot、Struts 等框架开发的 Web 应用。

微服务架构

• 作为轻量级服务容器，部署独立的微服务实例。

开发测试环境

• 快速启动和调试 Web 应用，支持热部署。

与其他服务器配合

• 作为应用服务器，与 Nginx/Apache HTTP Server 配合实现动静分离。

4. 配置示例

以下是一个简化的server.xml配置片段，展示了基本的 HTTP 连接器和虚拟主机配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"><Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" /><Service name="Catalina"><!-- HTTP连接器 --><Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" /><!-- 引擎 --><Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"><Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm"><Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"resourceName="UserDatabase"/></Realm><!-- 虚拟主机 --><Host name="localhost"  appBase="webapps"unpackWARs="true" autoDeploy="true"><Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" /></Host></Engine></Service>
</Server>

5. 与 nginx 的协作模式

在生产环境中，Tomcat 通常与 Nginx 配合使用：

Nginx 作为反向代理

server {listen 80;server_name example.com;location / {proxy_pass http://tomcat_server:8080;proxy_set_header Host $host;proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;}
}

动静分离

• Nginx 处理静态资源（HTML、CSS、JS、图片）
• Tomcat 处理动态请求（Servlet、JSP）

负载均衡

• Nginx 通过 upstream 模块将请求分发到多个 Tomcat 实例：

upstream tomcat_cluster {server tomcat1:8080;server tomcat2:8080;
}server {listen 80;location / {proxy_pass http://tomcat_cluster;}
}

6. 性能优化建议

（1） 调整 JVM 参数

修改catalina.sh或setenv.sh，设置合适的堆内存和垃圾回收器：

JAVA_OPTS="-Xms512m -Xmx1024m -XX:+UseG1GC"

（2） 优化连接器

在server.xml中调整 HTTP 连接器参数：

<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"maxThreads="200" acceptCount="100" />

（3） 禁用不必要的服务

注释掉server.xml中不需要的组件（如 AJP 连接器）。

（4） 使用 APR 连接器

对于高并发场景，启用 APR（Apache Portable Runtime）以提升性能：

<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol" />

三、 实验步骤

1. 实验环境

部署nginx+tomcat负载均衡需要以下设备

tomcat1 服务器	192.168.10.102
tomcat2 服务器	192.168.10.103
nginx 服务器	192.168.10.101

2. 准备 tomcat 网站

##两台tomcat服务器配置一致
[root@localhost /]# dnf -y install java         //安装实验需要的环境
[root@localhost /]# mkdir -p /web/webapp1
[root@localhost webapp1]# ls
index.jsp##第一台tomcat服务器
[root@localhost webapp1]# cat index.jsp
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%> 
<html>   
<head><title>JSP test2 page</title>   </head><body><% out.println("动态页面 1,http://www.test2.com");%></body> <body> <div>动态页面的图片 1</div><br><img src="logo.png"> </body> 
</html>##第二台tomcat服务器
[root@localhost webapp1]# cat index.jsp
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%> 
<html>   
<head><title>JSP test2 page</title>   </head><body><% out.println("动态页面 2,http://www.test2.com");%></body> <body>  <div>动态页面的图片 2</div><br><img src="logo.png"> ##为了方便验证两台服务器页面可以不一致</body> 
</html>

3. 修改 nginx 的配置文件

[root@nginx /]# vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
##这个要写在http部分upstream my_tomcat {server 192.168.10.102:8080 weight=1;server 192.168.10.103:8080 weight=2;}##新添加的localtion部分
location ~ .*\.jsp$ {proxy_set_header HOST $host; proxy_pass http://my_tomcat;
}##检查配置文件是否有误
[root@nginx /]# nginx -t##重载nginx服务
[root@nginx /]# nginx -s reload

4. 修改 tomcat 的配置文件

##两台服务器都要配置
[root@localhost /]# vim /usr/local/tomcat/conf/server.xml       
<Context docBase="/web/webapp1" path="" reloadable="false">        ##在150行添加</Context>docBase  ##指定网页的路径
path=""  ##定义 Web 应用的访问路径（上下文路径）
reloadabel   ##控制 Tomcat 是否自动检测应用文件的修改并重新加载应用 
false(默认值)   ##不自动重新加载，修改文件后需手动重启 Tomcat 或应用。
true            ##开启自动重新加载##重启两台服务器，使配置文件生效
[root@localhost /]# /usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh
[root@localhost /]# /usr/local/tomcat/bin/startup.sh

5. 验证