Tomcat结合Apache、Nginx实现高性能的web服务器

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一、Tomcat为什么需要与apache、nginx一起结合使用？

Tomcat虽然是一个servlet和jsp容器，但是它也是一个轻量级的web服务器。它既可以处理动态内容，也可以处理静态内容。不过，tomcat的最大优势在于处理动态请求，处理静态内容的能力不如apache和nginx，并且经过测试发现，tomcat在高并发的场景下，其接受的最大并发连接数是由限制的，连接数过多会导致tomcat处于"僵死"状态，因此，在这种情况下，我们可以利用nginx的高并发，低消耗的特点与tomcat一起使用。因此，tomcat与nginx、apache结合使用共有如下几点原因：

1、tomcat处理html的能力不如Apache和nginx，tomcat处理静态内容的速度不如apache和nginx。

2、tomcat接受的最大并发数有限，接连接数过多，会导致tomcat处于"僵尸"状态，对后续的连接失去响应，需要结合nginx一起使用。

通常情况下，tomcat与nginx、Apache结合使用，nginx、apache既可以提供web服务，也可以转发动态请求至tomcat服务器上。但在一个高性能的站点上，通常nginx、apache只提供代理的功能，也就是转发请求至tomcat服务器上，而对于静态内容的响应，则由前端负载均衡器来转发至专门的静态服务器上进行处理。其架构类似于如下图：

在这种架构中，当haproxy或nginx作为前端代理时，如果是静态内容，如html、css等内容，则直接交给静态服务器处理；如果请求的图片等内容，则直接交给图片服务器处理；如果请求的是动态内容，则交给tomcat服务器处理，不过在tomcat服务器上，同时运行着nginx服务器，此时的nginx作为静态服务器，它不处理静态请求，它的作用主要是接受请求，并将请求转发给tomcat服务器的，除此之外，nginx没有任何作用。

二、tomcat的连接器协议

tomcat和前端web服务器（nginx或Apache）之间的通信时靠连接器协议来完成的，tomcat共支持4中连接器协议，分别为：

1) HTTP连接器

2) SSL连接器

3) AJP 1.3连接器

4) proxy连接器（好像这个没用了）

也可以归档为支持2种连接器协议：AJP和HTTP，它们用来在Web服务器和Tomcat之间进行数据传输，并提供相应的控制命令。

AJP(Apache JServ Protocol)协议

目前正在使用的AJP协议的版本是通过JK和JK2连接器提供支持的AJP13，它基于二进制的格式在Web服务器和Tomcat之间传输数据，而此前的版本AJP10和AJP11则使用文本格式传输数据。由于这种协议是二进制的，因此在处理请求时的效率比http协议要高。目前常用AJP协议的版本是1.3，它主要有以下特征：

1) 在快速网络有着较好的性能表现，支持数据压缩传输；

2) 支持SSL，加密及客户端证书；

3) 支持Tomcat实例集群；

4) 支持在apache和tomcat之间的连接的重用，不适用于与nginx通信；

HTTP协议：诚如其名称所表示，使用HTTP或HTTPS协议在Web服务器和Tomcat之间建立通信，此时，Tomcat就是一个完全功能的HTTP服务器，它需要监听在某端口上以接收来自于前端服务器的请求，对于动态请求需要转交给servlet容器进行处理。如果前端是nginx做代理的话，那么nginx和tomcat之间的通信只能使用http协议了，而不能使用AJP协议。

http连接器也有3种类型

Tomcat的HTTP连接器有三种：

1) 基于java的HTTP/1.1连接器，这也是Tomcat6默认使用的连接器，即Coyote；它是Tomcat作为standalone模式工作时所用到的连接器，可直接响应来自用户浏览器的关于JSP、servlet和HTML的请求；此连接器是一个Java类，定义在server.xml当中，默认使用8080端口；

2) Java开发的高性能NIO HTTP/1.1连接器，它支持非阻塞式IO和Comnet，在基于库向tomcat发起请求时，此连接器表现不俗；但其实现不太成熟，有严重bug存在；

3) C/C++开发的native APR HTTP/1.1连接器；在负载较大的场景中，此连接器可以提供非常好的性能；APR即Apache Portable Runtime，它是一个能让开发者采用与平台无关的风格的方式来开发C/C++代码本地库，它能够很好的跨Windows,；

默认tomcat的采用的是第1种连接器类型。

实验前的准备步骤：

1）、由于我是将tomcat和nginx在不同的服务器上配置的，因此，tomcat的ip地址为192.168.1.103，nginx的ip地址为172.16.1.100

2）、关闭系统上的防火墙和selinux

3）、nginx系统上的ip地址和网关配置省略了

三、tomcat与nginx一起结合使用

tomcat与nginx为什么需要一起使用的原因就不在阐述了，前面已经说得很清楚了，这里直接给出操作步骤。

1、安装nginx

# yum -y install nginx

2、编辑并配置nginx的配置文件/etc/nginx/nginx.conf

在该配置文件中添加如下配置即可

upstream tomcat {

server 172.16.1.100 weight=1 max_fails=3 fail_timeout =10s;

location ~* \.(jsp|do)$ {

proxy_pass http://tomcat;

}

nginx上只需要添加转发动态请求的配置即可。

3、启动nginx服务

# service nginx start

4、安装配置tomcat

tomcat的安装这里就不在详述了。这里只给出tomcat的配置

编辑tomcat的配置文件server.xml，添加如下内容：

</Host>

创建相应的目录及其文件

# mkdir -pv /usr/local/tomcat7/app1/a

# cd /usr/local/tomcat7/app1/a

# vim index.jsp

添加如下测试代码

<%@ page language="java" %>

<%@ page import="java.util.*" %>

<html>

<head>

</head>

<body>

<% out.println("Hello,world!"); %>

</body>

</html>

其实整个内容也就是显示"hello world"。

启动tomcat

# service tomcat start

5、测试访问http://192.168.1.103/app1/a/index.jsp

四、tomcat结合apache一起使用

apache与tomcat结合使用时，有2种模块可以与tomcat进行通信，这两种模块分别是mod_proxy模块和mod_jk模块。mod_proxy模块是apache自带的模块，因此要使用该模块，只需要启用该模块就行了。而mod_jk模块，需要下载并进行手动编译，使其成为apache的一个模块。

mod_proxy模块可以基于http协议与tomcat进行通信，也可以基于ajp协议与tomcat进行通信；而mod_jk模块只能基于ajp协议与tomcat进行通信。

apache使用mod_proxy模块与tomcat进行通信

其步骤如下：

（1）、apache使用mod_proxy模块与tomcat通信时，需要加载proxy_module、proxy_http_module、proxy_ajp_module、proxy_balancer_module（负载均衡时需要使用该模块）等这些模块。

# yum -y install httpd

查看apache是否已经启用该模块了。

# httpd -M | grep proxy

httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using localhost.localdomain for ServerName

proxy_module (shared)

proxy_balancer_module (shared)

proxy_ftp_module (shared)

proxy_http_module (shared)

proxy_ajp_module (shared)

proxy_connect_module (shared)

（2）、编辑httpd的配置文件/etc/httpd/conf.d/proxy.conf文件，添加如下内容：

proxyvia off

proxypreservehost on

proxyrequests off

proxypass / ajp://172.16.1.100/

proxypa***everse / ajp://172.16.1.100/

如果你的http版本是2.4的话，其配置如下：

proxyvia off

proxypreservehost on

proxyrequests off

Require all granted

</Proxy>

proxypass / ajp://172.16.1.100/

proxypa***everse / ajp://172.16.1.100/

Require all granted

</Location>

如果要想基于http连接器协议与tomcat工作的话，只需要将ajp改为http即可。其他的配置都不变。

关于如上apache指令的说明：

ProxyPreserveHost {On|Off}：如果启用此功能，代理会将用户请求报文中的Host:行发送给后端的服务器，而不再使用ProxyPass指定的服务器地址。如果想在反向代理中支持虚拟主机，则需要开启此项，否则就无需打开此功能。

ProxyVia {On|Off|Full|Block}：用于控制在http首部是否使用Via:，主要用于在多级代理中控制代理请求的流向。默认为Off，即不启用此功能；On表示每个请求和响应报文均添加Via:；Full表示每个Via:行都会添加当前apache服务器的版本号信息；Block表示每个代理请求报文中的Via：都会被移除。

ProxyPa***everse：用于让apache调整HTTP重定向响应报文中的Location、Content-Location及URI标签所对应的URL，在反向代理环境中必须使用此指令避免重定向报文绕过proxy服务器。

ProxyRequests {On|Off}：是否开启apache正向代理的功能；启用此项时为了代理http协议必须启用proxy_http_module模块。同时，如果为apache设置了ProxyPass，则必须将ProxyRequests设置为Off。

ProxyPass [path] !|url [key=value key=value ...]]：将后端服务器某URL与当前服务器的某虚拟路径关联起来作为提供服务的路径，path为当前服务器上的某虚拟路径，url为后端服务器上某URL路径。使用此指令时必须将ProxyRequests的值设置为Off。需要注意的是，如果path以“/”结尾，则对应的url也必须以“/”结尾，反之亦然。

另外，mod_proxy模块在httpd 2.1的版本之后支持与后端服务器的连接池功能，连接在按需创建在可以保存至连接池中以备进一步使用。连接池大小或其它设定可以通过在ProxyPass中使用key=value的方式定义。常用的key如下所示：

◇ min：连接池的最小容量，此值与实际连接个数无关，仅表示连接池最小要初始化的空间大小。

◇ max：连接池的最大容量，每个MPM都有自己独立的容量；都值与MPM本身有关，如Prefork的总是为1，而其它的则取决于ThreadsPerChild指令的值。

◇ loadfactor：用于负载均衡集群配置中，定义对应后端服务器的权重，取值范围为1-100。

◇ retry：当apache将请求发送至后端服务器得到错误响应时等待多长时间以后再重试。单位是秒钟。

（3）、启动httpd服务

# service httpd start

（4）、安装配置tomcat

tomcat的安装这里就不在详述了。这里只给出tomcat的配置

编辑tomcat的配置文件server.xml，添加如下内容：

</Host>

创建相应的目录及其文件

# mkdir -pv /usr/local/tomcat7/app1/a

# cd /usr/local/tomcat7/app1/a

# vim index.jsp

添加如下测试代码

<%@ page language="java" %>

<%@ page import="java.util.*" %>

<html>

<head>

</head>

<body>

<% out.println("Hello,world!"); %>

</body>

</html>

其实整个内容也就是显示"hello world"。

启动tomcat

# service tomcat start

（5）、测试访问http://192.168.1.103/app1/a/index.jsp

apache使用mod_jk模块与tomcat进行通信

mod_jk是ASF的一个项目，是一个工作于apache端基于AJP协议与Tomcat通信的连接器，它是apache的一个模块，是AJP协议的客户端（服务端是Tomcat的AJP连接器）。

（1）、编译安装mod_jk

下载地址：http://tomcat.apache.org/connectors-doc/

# yum -y install httpd

# yum -y install httpd-devel

# tar xf tomcat-connectors-1.2.41-src.tar.gz

# cd /root/tomcat-connectors-1.2.41-src/native

# ./configure --with-apxs (如果没有apxs程序，需要安装httpd-devel包)

# make && make install

（2）、编辑httpd的配置文件/etc/httpd/conf.d/httpd-jk.conf

apache要使用mod_jk连接器，需要在启动时加载此连接器模块。为了便于管理与mod_jk模块相关的配置，这里使用一个专门的配置文件/etc/httpd/conf.d/httpd-jk.conf来保存相关指令及其设置。其内容如下：

LoadModule jk_module modules/mod_jk.so

JkWorkersFile /etc/httpd/conf.d/workers.properties

JkLogFile logs/mod_jk.log

JkLogLevel debug

JkMount /* TomcatA

JkMount /status/ stat1

除了需要使用LoadModule指令在apache中装载模块外，mod_jk还需要在apache的主配置文件中设置其它一些指令来配置其工作属性。如JkWorkersFile则用于指定保存了worker相关工作属性定义的配置文件，JkLogFile则用于指定mod_jk模块的日志文件，JkLogLevel则可用于指定日志的级别（info, error, debug），此外还可以使用JkRequestLogFormat自定义日志信息格式。而JkMount（格式： JkMount <URL to match> <Tomcat worker name>）指定则用于控制URL与Tomcat workers的对应关系。

/etc/httpd/conf.d/workers.properties的内容如下：

worker.list=TomcatA,stat1

worker.TomcatA.port =8009

worker.TomcatA.host=172.16.1.100

worker.TomcatA.type=ajp13

worker.TomcatA.lbfactor=1

worker.stat1.type=status

根据其工作机制的不同，worker有多种不同的类型，这是需要为每个worker定义的一项属性woker.<work name>.type。常见的类型如下：

◇ ajp13：此类型表示当前worker为一个运行着的Tomcat实例。

◇ lb：lb即load balancing，专用于负载均衡场景中的woker；此worker并不真正负责处理用户请求，而是将用户请求调度给其它类型为ajp13的worker。

◇status：用户显示分布式环境中各实际worker工作状态的特殊worker，它不处理任何请求，也不关联到任何实际工作的worker实例。具体示例如请参见后文中的配置。

worker其它常见的属性说明：

◇ host：Tomcat 7的worker实例所在的主机；

◇ port：Tomcat 7实例上AJP1.3连接器的端口；

◇ connection_pool_minsize：最少要保存在连接池中的连接的个数；默认为pool_size/2；

◇ connection_pool_timeout：连接池中连接的超时时长；

◇ mount：由当前worker提供的context路径，如果有多个则使用空格格开；此属性可以由JkMount指令替代；

◇ retries：错误发生时的重试次数；

◇ socket_timeout：mod_jk等待worker响应的时长，默认为0，即无限等待；

◇ socket_keepalive：是否启用keep alive的功能，1表示启用，0表示禁用；

◇ lbfactor：worker的权重，可以在负载均衡的应用场景中为worker定义此属性

（3）、启动httpd服务

# service httpd start

（4）、安装配置tomcat

tomcat的安装这里就不在详述了。这里只给出tomcat的配置

编辑tomcat的配置文件server.xml，添加如下内容：

</Host>

并且将<Engine />这一行改为如下行：

这里的TomcatA要与此前的保持一致。

创建相应的目录及其文件

# mkdir -pv /usr/local/tomcat7/app1/a

# cd /usr/local/tomcat7/app1/a

# vim index.jsp

添加如下测试代码

<%@ page language="java" %>

<%@ page import="java.util.*" %>

<html>

<head>

</head>

<body>

<% out.println("Hello,world!"); %>

</body>

</html>

其实整个内容也就是显示"hello world"。

启动tomcat

# service tomcat start

（5）、测试访问http://192.168.1.103/app1/a/index.jsp

五、tomcat的session集群

对于web服务器集群技术而言，最重要的环节就是如何保证多个节点间的session信息一致性。要实现这一点，大体有二种方式：

一是将所有的session信息放置在一台独立的服务器或者数据库中，集群中所有的节点都可以通过这台服务器获取其相关数据信息。不过如果这台服务器挂了的话，那么所有的节点都不能获取其session信息了，因此，最好对这台服务器做高可用。但是这无疑增加了企业的成本。

二是在多台节点间实现session信息复制，任何一个节点都保存了所有的session数据。只要不是所有的节点都挂掉的话，那么仍然可以响应请求，这种方式比较可靠，但是节点之间的相互复制，会增加服务器的负载，并且会增加网络带宽。常见的平台或中间件如microsoft asp.net和IBM WAS都会提供对两种共享方式的支持，tomcat也是这样，但是一般采用第二种方式。

tomcat的session集群架构

实验前提：

nginx所在服务器地址为：192.168.1.103

TomcatA所在服务器地址为：172.16.1.100

TomcatB所在服务器地址为：172.16.1.200

关闭所有服务器上iptables和selinux

1、实验拓扑图如下：

本实验中前端采用的是nginx，其实后端tomcat主机上还应该加上apache或nginx的，只不过之前已经将该过程实现了，因此，这里就不在给出tomcat如何与nginx、apche一起集合使用的步骤了。

2、配置安装nginx

# yum -y install nginx

编辑nginx的配置文件/etc/nginx/nginx.conf，并添加如下内容：

# vim /etc/nginx/nginx.conf

upstream tomcat {

server 172.16.1.100:8080 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=10s;

server 172.16.1.200:8080 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=10s;

}

server {

listen 80;

location / {

root /htdoc/www;

index index.html;

}

location ~* \.(jsp|do)$ {

proxy_pass http://tomcat;

}

最后，启动nginx服务

# service nginx start

3、配置安装tomcatA

tomcat和jdk的安装过程不再给出，这里只给出修改配置文件的步骤。

修改tomcat的配置文件server.xml(我这里的路径为/usr/local/tomcat7/conf/server.xml）

将<Engine>这一行改为如下行：

其实就是添加了一个jvmRoute参数。

还需要在配置文件中添加一个Host容器

</Host>

创建相应的目录及文件

# mkdir /usr/local/tomcat7/webapps/node/app

# vim /usr/local/tomcat7/webapps/node/app/index.jsp

<%@ page language="java" %>

<html>

<head><title>TomcatA</title></head>

<body>

<h1><font color="red">TomcatA.magedu.com</font></h1>

<tr>

<td>Session ID</td>

<% session.setAttribute("magedu.com","magedu.com"); %>

</tr>

<tr>

<td>Created on</td>

</tr>

</table>

</body>

</html>

最后，在启动tomcat服务即可

# service tomcat start

4、配置安装tomcatB

tomcat和jdk的安装过程不再给出，这里只给出修改配置文件的步骤。

修改tomcat的配置文件server.xml(我这里的路径为/usr/local/tomcat7/conf/server.xml）

将<Engine>这一行改为如下行：

其实就是添加了一个jvmRoute参数。

还需要在配置文件中添加一个Host容器

</Host>

创建相应的目录及文件

# mkdir /usr/local/tomcat7/webapps/node/app

# vim /usr/local/tomcat7/webapps/node/app/index.jsp

<%@ page language="java" %>

<html>

<head><title>TomcatB</title></head>

<body>

<h1><font color="blue">TomcatB.magedu.com</font></h1>

<tr>

<td>Session ID</td>

<% session.setAttribute("magedu.com","magedu.com"); %>

</tr>

<tr>

<td>Created on</td>

</tr>

</table>

</body>

</html>

最后，在启动tomcat服务即可

# service tomcat start

5、测试访问nginx的负载功能是否成功

访问http://192.168.1.103/node/app/index.jsp,显示结果如下：

再一次刷新访问，显示结果如下：

由此，nginx的负载均衡功能已经实现。注意观察两次访问的结果，其session信息是不相同的，这也就是说其中任何一台tomcat服务器宕机了，则该服务器上的session信息都会丢失。因此，还需要将session信息保持下来，这里我采用将两台tomcat服务器上的session信息相互进行复制来实现session保持功能。

6、tomcat的session（复制）集群实现过程

在TomcatA和TomcatB上的server.xml文件中，同时添加如下信息，这段信息添加到<Engine>下面。

<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"

channelSendOptions="8">

<Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"

expireSessionsOnShutdown="false"

notifyListenersOnReplication="true"/>

<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"

//TomcatA address="172.16.1.100"

//TomcatB address="172.16.1.200"

port="4000"

autoBind="100"

selectorTimeout="5000"

maxThreads="6"/>

</Sender>

</Channel>

<Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"

filter=""/>

<Deployer className="org.apache.catalina.ha.deploy.FarmWarDeployer"

tempDir="/tmp/war-temp/"

deployDir="/tmp/war-deploy/"

watchDir="/tmp/war-listen/"

watchEnabled="false"/>

</Cluster>

注意：将TomcatA和TomcatB上的<Receiver >中的address由"auto"改为可以接受心跳信息的地址。这里我将TomcatA上的address改为"172.16.1.100";TomcatB上的地址改为"172.16.1.200"。

然后在TomcatA和TomcatB上相应的应用程序目录（即Context中的docBase目录）下创建WEB-INF目录，且创建一个web.xml文件（直接将CATALINA_HOME/conf目录下的web.xml文件复制过来即可）。

# mkdir /usr/local/tomcat7/webapps/node/WEB-INF

# cp /usr/local/tomcat7/conf/web.xml /usr/local/tomcat7/webapps/node/WEB-INF

编辑/usr/local/tomcat7/webapps/node/WEB-INF/web.xml文件，添加如下一行信息：

这行信息添加到<web-app>容器下。

最后，再次访问http://192.168.1.103/node/app/index.jsp

再次刷新访问，显示结果如下：

观察两次访问的SESSION ID是一样的，由此，tomcat的session集群已经实现了。

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