【分布式技术专题】「分布式技术架构」 探索Tomcat集群架构原理和开发分析指南

Tomcat集群原理

通过Nginx负载均衡进行请求转发

Tomcat集群能带来什么

• 提高服务的性能, 并发能力, 以及高可用性
• 提供项目架构的横向扩展能力

Tomcat集群产生什么问题

• Session登录信息存储以及读取的问题
• 服务器定时任务并发的问题

Tomcat 单服务体系架构

在这个架构图中，一层Nginx，首先Nginx主要职责给Tomcat一层反向代理。

此外，Nginx还可以FTPServer指定的目录再做一层目录转发，保证上传上去的图片实时可以通过http协议访问到。单服务架构先不用考虑集群碰到的各种问题

Tomcat集群"简单版"

比如，我们的登录的时候登录了A服务器，session信息存储到A服务器上了，假设我们使用的负载均衡策略是ip hash，那么登录信息还可以从A服务器上访问，但是这个有可能造成某些服务器压力过大，某些服务器又没有什么压力，这个时候压力过大的机器(包括网卡带宽)有可能成为瓶颈，并且请求不够分散。

首先要解决Session共享的问题

这时候我们使用轮询或者最小连接负载均衡策略，就导致了，第一次访问A服务器，第二次可能访问到B服务器，这个时候存储在A服务器上的session信息在B服务器上读取不到。

典型负载均衡策略分析

打个比方，我们有轮询，权重，地址散列，地址散列又分为原ip地址散列hash，目标ip地址散列hash，最少连接，加权最少连接，还有继续升级的很多种策略

• 轮询：优点：实现简单，缺点：不考虑每台服务器处理能力
• 权重：优点：考虑了服务器处理能力的不同
• 地址散列：优点：能实现同一个用户访问同一个服务器
• 最少连接：优点：使集群中各个服务器负载更加均匀
• 加权最少连接：在最少连接的基础上，为每台服务器加上权值。算法为(活动连接数*256+非活动连接数)/权重，计算出来的值小的服务器优先被选择。

Session管理-Session Sticky粘滞会话：

对于同一个连接中的数据包，负载均衡会将其转发至后端固定的服务器进行处理。

解决了我们session共享的问题，但是它有什么缺点呢？

• 一台服务器运行的服务挂掉，或者重启，上面的 session 都没了
• 负载均衡器成了有状态的机器，为以后实现容灾造成了羁绊

Session管理-Session 复制

就是每一个Tomcat都存储我们的Session，不同的tomcat之间进行拷贝复制。

解决了我们session共享的问题，但是它有什么缺点呢？

• 应用服务器间带宽问题，因为需要不断同步session数据
• 大量用户在线时，服务器占用内存过多

Session管理-基于Cookie

主要用于我们将session会话如同token一般存储在我们的前端

解决了我们session共享的问题，但是它有什么缺点呢？

• cookie 的长度限制
• cookie存于浏览器，安全性是一个问题

Session管理-Session 服务器

就是通过一个专门管理session会话的管理器服务，进行集中化存储和管理session

解决了我们session共享的问题，这种方案需要思考哪些问题呢？保证 session 服务器的可用性，session服务器单点如何解决？

• 我们在写应用时需要做调整存储session的业务逻辑
• 打个比方，我们为了提高session server的可用性，可以继续给session server做集群

Tomcat单机部署多应用

1. 解压2个tomcat, 分别命名为tomcatA和tomcatB

2. 分别设置2个tomcat的URIEncoding, 将tomcat的conf/server.xml里的port修改为两个不同端口。

设置tomcat的环境变量

tomcatA的环境变量和以往一样, 不做改变

设置tomcat的环境变量

sudo vim /ect/profile

在profile文件里新增

export CATALINA_BASE=/Users/tomcat/apache-tomcat-9.0.21
export CATALINA_HOME=/Users/tomcat/apache-tomcat-9.0.21
export TOMCAT_HOME=/Users/tomcat/apache-tomcat-9.0.21

export CATALINA_2_BASE=/Users/tomcat/tomcat2
export CATALINA_2_HOME=/Users/tomcat/tomcat2
export TOMCAT_2_HOME=/Users/tomcat/tomcat2

强制保存退出

继续配置tomcatB下的catalina.sh里的内容,

cd tomcat目录，在# OS specific support. $var must be set to either true or false.下加入。

sudo vi catalina.sh
export CATALINA_BASE=$CATALINA_2_BASE
export CATALINA_HOME=$CATALINA_2_HOME

执行刷新环境变量

source /etc/profile

使环境变量生效, 执行

echo $CATALINA_2_BASE

如果有输出, 即环境变量已经生效

/Users/tomcat/tomcat2

分别进入两个tomcat下的bin目录启动tomcat, 正常即可

配置nginx

修改host

sudo vim /etc/hosts

所谓tomcat集群，就是可以向外提供并行服务的多台机器，任何一台服务器宕机，其它服务器可以替代它向外提供服务，而不影响用户访问。

nginx是一个常用的反向代理服务，可自定义模块，实现请求转发及负载均衡（根具体采用策略有关）。为了tomcat集群的高可用性，还需要实现nginx的双机热备。

一，如果仅是对外提供一个页面访问，不用区分单一用户（不区分每个访问session，不涉及用户权限，用户资料等内容），仅仅配置nginx负载均衡策略即可。

nginx负载均衡策略主要分一下四种：

1)、轮询（默认）每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器宕机，能自动剔除。

2)、ip_hash 每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器。

3)、fair 按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。

4)、url_hash 按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器，后端服务器为缓存时比较有效。

二，如果涉及到用户session，做一些鉴权缓存、存放临时信息时，就必须做tomcat的session共享。

目前可参考到的session共享方式主要分为两种。

1）利用tomcat自带的组播机制，实现session复制。

对tomcat及应用的若干配置文件进行配置即可实现，网上有很多资料可参考。但这种方式些弊端，看过一些资料，不建议用session复制的方式。在实际使用过程中，也发现有存在session莫名失踪的现象。

2）利用第三方机制存储session。

比较常见的是tomcat集成memcached服务器来存储session。实际项目中，我们采用过利用redis实现session存储，redis高效的存取性能为高效的访问提供了保障，但是目前redis的集群功能似乎没有发布，如何解决redis的单点故障需要研究。

小结：是否实现session共享与nginx的负载策略有很大关系。比如采用轮询策略，就必须实现session共享，因为客户端会访问到每台服务器；而如果采用ip_hash策略，就可以不用考虑session共享的问题了，但是ip_hash有些缺陷使它不能随便使用（如多台pc使用同一个外网ip）。

最近发现一个nginx的粘连模块（类似session粘连），可以看做nginx的第5种均衡策略。它利用客户端cookie，对其写入一个route参数，每次访问可以根据route的值，固定的访问一台服务器，解决的session共享的问题。