Nginx + Tomcat 负载均衡、动静分离群集

news2025/7/21 5:13:19

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NginxApache
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

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