Tomcat(五)：nginx/httpd + tomcat及负载均衡tomcat

Tomcat系列文章：http://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/7576137.html

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tomcat一般只提供动态资源处理功能，而静态资源的请求则交给独立的apache/httpd或nginx来处理。但tomcat与外界通信的唯一组件是连接器Connector，因此动态请求要转发给tomcat时，需要和Connector通信。Connector与外界通信的协议有两种：http/ajp。

1. Tomcat连接器协议类型

tomcat的Connector组件支持两种协议类型的连接：http、ajp。

其中http又分为http/1.1和http/2，但因为Servlet的阻塞特性，使得每个http/2的请求都需要单独的容器线程负责处理，因此目前使用http/2的性能还很差。而AJP又有ajp12、ajp13和ajp14，其中ajp12的功能太简陋，ajp14又处于试验期，因此目前都适用ajp13，或者称为ajp 1.3。

基于IO模型，Connector又分为NIO/NIO2/APR三种类型。

设置连接器协议的方式如下：

<!--  定义使用Http协议的连接器，其中"HTTP/1.1"表示自动选择NIO/NIO2/APR  -->
<connector port="8080" protocol="HTTP/1.1">
<connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol">
<connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol">
<connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol">

<!--  定义使用AJP协议的连接器，其中"AJP/1.3"表示自动选择NIO/NIO2/APR  -->
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3"/>
<Connector port="8009" protocol="org.apache.coyote.ajp.AjpNioProtocol"/>
<Connector port="8009" protocol="org.apache.coyote.ajp.AjpNio2Protocol"/>
<Connector port="8009" protocol="org.apache.coyote.ajp.AjpAprProtocol"/>

2. Tomcat与httpd/nginx结合的方式

Tomcat连接器与外界通信的两种协议中，ajp只能和apache基金会开发的部分项目通信，例如httpd。要与非apache基金会开发的程序通信，必须使用http协议。因此，tomcat+nginx时，tomcat连接器的协议类型只能是http。

对于tomcat+httpd，tomcat端的连接器既可以使用http，也可以使用ajp协议。但在httpd端，也支持多种通信模块，最常用的是mod_proxy和mod_jk。

tomcat+httpd时，几个需要注意的点：

• (1).mod_jk一般只和tomcat的ajp协议配合来通信。而mod_proxy则不要求tomcat端的协议类型是http还是ajp。
• (2).配置时，使用mod_jk比使用mod_proxy要复杂的多。
• (3).使用mod_jk可以配置成只处理动态请求，而不处理静态请求。但mod_proxy则只能将所有请求都转发给tomcat。因此，在性能上mod_jk比mod_proxy好一些。不过由于前端可以使用反向代理工具，因此这种情况下的mod_jk和mod_proxy，性能无差别。

因此，如果满足业务需求，建议使用mod_proxy，它配置起来比mod_jk要简便的多，且可定制的功能更多。

稍作总结，apache和tomcat通信的实现方式有3种：

apache:mod_jk　　<--> tomcat:ajp(虽然可以和http配合，但不建议)
apache:mod_proxy <--> tomcat:ajp或http

下图是httpd/nginx+tomcat在动静分离时通常使用的架构模型。

左边的模型中，nginx/httpd需要处理静态请求，并将动态请求转发给tomcat，同时实现负载均衡。右边的模型中，添加一层反向代理层，无论是静态请求还是动态请求都负载到各自的服务器组。后文的实验都采用左边的架构模型来完成。

3. Tomcat + nginx

测试环境如下：

[root@xuexi ~]# echo "[nginx]
name=nginx
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/6/x86_64/
enable=1
gpgcheck=0" >/etc/yum.repos.d/nginx.repo

[root@xuexi ~]# yum install -y nginx
[root@xuexi ~]# vim /etc/nginx/conf.d/tomcat.conf
upstream tomcat_servers {
    server 192.168.100.22:8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=2;
    server 192.168.100.23:8080 weight=2 max_fails=2 fail_timeout=2;
}

server {
    listen       80;
    server_name  192.168.100.17;
    location / {
        root   /usr/share/nginx/html;
        index  index.html index.htm;
    }
    location ~* .(jsp|jspx|do) {
        proxy_pass http://tomcat_servers;
    }
}

启动nginx和tomcatA、tomcatB。然后在浏览器中分别访问静态资源和动态资源。

http://192.168.100.17
http://192.168.100.17/index.jsp

其中第二个访问的是动态资源，页面结果如下：

发现这个欢迎页面缺失了很多内容。其实这些缺失的内容都是定义在index.jsp中的静态资源，例如某些图片。之所以会缺失，是因为客户端发送请求给nginx后，nginx将请求转发给tomcat，tomcat翻译index.jsp为java源文件，然后执行该servlet。执行servlet时，将所需响应数据都回应给nginx，包括index.jsp中定义的图片链接标签。当客户端收到这一次的响应数据后，还会继续去请求图片，但是这是静态请求，nginx会自己处理而不会转发给tomcat，但nginx本身不知道图片在何处(tomcat才知道)。因此对于图片部分，nginx将返回404错误，使得客户端显示的页面缺失了一部分。

在生产环境下，不需要担心这样的二次静态请求缺失问题，因为会将图片等静态数据存放在某个位置，并配置好nginx如何找到这些静态数据。例如，上面的页面中缺失了tomcat.{png,css,gif}等静态文件，将它们从tomcat服务器的$CATALINA_HOME/webapps/ROOT/目录下拷贝到nginx服务器的/usr/share/nginx/html目录(上面配置文件的root指令指定的位置)下，并赋予读取权限。再去访问，就能正确显示图片。

4. Tomcat + httpd(mod_jk)

测试环境如下：

使用mod_jk模块和tomcat连接时，tomcat的连接器一般都使用ajp协议类型。

mod_jk不是apache httpd的原生模块，而是类似于第三方模块，因此需要额外编译mod_jk模块到httpd中，就像将php模块添加到httpd中一样。

4.1 编译mod_jk模块

当前最新稳定版的mod_jk是1.2.42版本。

mod_jk下载地址：http://tomcat.apache.org/download-connectors.cgi。
mod_jk官方手册：http://tomcat.apache.org/connectors-doc/。

httpd要扩展模块需要借助apxs，它是httpd的开发包httpd-devel中工具，所以先要安装httpd-devel。如果是编译安装的httpd，则devel包已经装好，如果是yum安装，则需要额外安装httpd-devel包。

此处为了方便，httpd使用yum安装。所以编译mod_jk的方式如下：

yum -y install httpd httpd-devel
tar xf tomcat-connectors-1.2.42-src.tar.gz
cd tomcat-connectors-1.2.42-src/native/
./configure --with-apxs=/usr/bin/apxs --prefix=/usr/local/tomcat/mod_jk
make && make install

4.2 配置httpd与tomcat的ajp连接

此处暂先配置httpd与其中一个tomcat(192.168.100.22)连接。后文在说明负载均衡时再引入另一个tomcat。

先提供一个额外的httpd配置文件。

[root@xuexi ~]# cat /etc/httpd/conf.d/mod_jk.conf
LoadModule  jk_module  modules/mod_jk.so
JkWorkersFile  /etc/httpd/conf.d/workers.properties
JkLogFile  logs/mod_jk.log
JkLogLevel  debug
######### "JkMount /* TomcatA" will send all request to TomcatA   ########
JkMount   /*.jsp        TomcatA
JkMount   /status/*     statA
JkUnMount /images/*     TomcatA
JkUnMount /css/*.*      TomcatA
JkUnMount /css_js/*     TomcatA
JkUnMount /*.html       TomcatA
JkUnMount /*.js         TomcatA

mod_jk的配置文件官方手册：http://tomcat.apache.org/connectors-doc/reference/apache.html。以下是几个常用的指令说明。

• LoadModule指令用于装载mod_jk相关模块，除此之外还需要在httpd的配置文件中设置其它一些指令来配置其工作属性。如：
• JkWorkersFile用于指定保存了worker相关工作属性定义(见下文)的配置文件。
• JkLogFile用于指定mod_jk模块的日志文件。
• JkLogLevel用于指定日志级别（info,error,debug），此外还可以使用JkRequestLogFormat自定义日志信息格式。
• JkMount（格式：JkMount ）则用于控制URL与Tomcat workers的对应关系。可以理解为转发请求的意思，例如"/status/*"表示url地址后加上/status/可转发至statA这个worker上。注意，JkMount匹配的URL是相对的。如果JkMount指令放在Location指令中，如<Location /app>，则JkMount将从/app的后面开始匹配。

JkMount和JkUnMount是很重要的指令，mod_jk性能之所以比mod_proxy好，就是因为通过这两个指令可以实现动静分离，使得只将动态请求转发给tomcat。其中JkMount指定要转发给tomcat处理的请求，JkUnMount指定明确不转发给tomcat而是在本地处理的请求。虽然不指定JkUnMount时，也表示不转发给tomcat，但如果有重叠时，则应该指定JkUnMount。例如下面的例子，除了/myapp/下的js文件，其他都转发给tomcat1处理。

JkMount /myapp/* tomcat1
JkUnMount /myapp/*.js tomcat1

对于apache来说，每一个后端Tomcat实例中的engine都可以视作一个worker，而每一个worker的地址、Connector的端口等信息都需要在apache端指定以便可以识别并使用这些worker。配置这些信息的文件通常为"workers.properties"，其具体路径是使用前面介绍过的JkWorkersFile指定的。在apache启动时，mod_jk会扫描此文件获取每一个worker配置信息。如这里使用/etc/httpd/conf.d/workers.properties。

workers.properties文件一般由两类指令组成：一是mod_jk可以连接的各worker名称列表，二是每一个worker的属性配置信息。详细的配置方法见官方手册：http://tomcat.apache.org/connectors-doc/reference/workers.html。

以下是和上述/etc/httpd/conf.d/mod_jk.conf中配置相对应的/etc/httpd/conf.d/workers.properties。

[root@xuexi tomcat]# cat /etc/httpd/conf.d/workers.properties
worker.list=TomcatA,statA
worker.TomcatA.type=ajp13
worker.TomcatA.host=192.168.100.22
worker.TomcatA.port=8009
worker.TomcatA.lbfactor=1
worker.statA.type = status

关于worker的配置，它们分别遵循如下使用语法。

worker.list = <a comma separated list of worker_name>
worker.<worker_name>.<property>=<property value>

其中worker.list指令可以重复指定多次。worker_name是Tomcat中engine组件中jvmRoute属性的值(jvmRoute可以不指定，此时worker_name仅用于标识worker)。

根据工作机制的不同，worker有多种不同的类型，每个worker都需要指定其类型，即设定woker..type项。常见的类型如下：其中ajp13是默认值。

• ajp13：此类型是web server和tomcat首选的类型。此外，还有ajp12和ajp14，但它们一个废弃一个处于测试阶段。
• lb：lb用于负载均衡场景中的worker；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：用户显示负载均衡中各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tomcat实例。

由于status是状态监控页面，所以应该保证其安全性，可以在httpd的配置文件中加入以下控制列表：

# 注意，必须加上尾随斜线，因为在mod_jk.conf中已经明确了"/status/*"
# For http 2.2
<Location /status/>
    Order deny,allow
    Deny from all
    Allow from 192.168.100.0/24
</Location>

# For http 2.4
<Location /status/>
    Requrie ip 192.168.100
</Location>

除了type属性外，worker其它常见的属性有：

除了type属性外，worker其它常见的属性有：

• host：worker所在的主机，更具体的是tomcat上connector组件设置的ajp监听地址；
• port：worker的AJP1.3连接器监听的端口；
• 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；可考虑在httpd端使用JkMount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；

另外，在负载均衡模式中专用的属性还有：

• balance_workers：用于负载均衡模式中的各worker的名称列表，需要注意的是，出现在此处的worker名称一定不能在任何worker.list属性列表中定义过，并且worker.list属性中定义的worker名字必须包含负载均衡worker。
• method：可以设定为R、T或B；默认为R，即根据请求的个数进行调度(wrr)；T表示根据已经发送给worker的实际流量大小进行调度；B表示根据实际负载情况进行调度(leastconn)。
• sticky_session：将某请求调度至某worker后，此地址后续所有请求都将直接调度至此worker，实现将用户session与某worker绑定。默认为值为true，即启用此功能。如果后端的各worker之间支持session复制，则可设为false。

至此，一个基于mod_jk模块与后端名为TomcatA的worker通信的配置已经完成，重启httpd服务即可生效。

测试：在浏览器中输入

http://192.168.100.17/
http://192.168.100.17/index.jsp
http://192.168.100.17/status/

如果都能获取页面，则表示apache通过mod_jk和tomcat基于ajp协议类型的连接已经成功。

4.3 通过mod_jk负载均衡tomcat

使用mod_jk实现tomcat的负载均衡有一个好处，tomcat上可以禁用http协议(将监听此协议的Connector配置删除即可)，防止外界直接通过http请求tomcat。

配置apache，使其支持负载均衡，修改/etc/httpd/conf.d/mod_jk.conf为如下内容：

LoadModule      jk_module  modules/mod_jk.so
JkWorkersFile   /etc/httpd/conf.d/workers.properties
JkLogFile       logs/mod_jk.log
JkLogLevel      notice
JkMount         /*.jsp     TomcatLB
JkMount         /status/*  statA

编辑/etc/httpd/conf.d/workers.properties，修改为如下内容：为测试负载效果，不启用stick_session。

worker.list=TomcatLB,statA
worker.statA.type=status
worker.TomcatLB.type=lb
worker.TomcatLB.sticky_session=false
worker.TomcatLB.balance_workers=TomcatA,TomcatB
worker.TomcatA.type=ajp13
worker.TomcatA.host=192.168.100.22
worker.TomcatA.port=8009
worker.TomcatA.lbfactor=5
worker.TomcatB.type=ajp13
worker.TomcatB.host=192.168.100.23
worker.TomcatB.port=8009
worker.TomcatB.lbfactor=10

在mod_jk负载均衡中，后端tomcat的engine组件需要添加jvmRoute参数，该参数会为当前server实例设置全局惟一标识符，因此每一个实例的jvmRoute的值均不能相同，且jvmRoute的值必须等于balance_workers的成员值。对于上面的配置，Engine应该如下设置：此处还修改了name，但这不是要求要修改的。

<!--  在tomcatA上设置  -->
<Engine name="Standalone" defaultHost="localhost" jvmRoute="TomcatA">
<!--  在tomcatB上设置  -->
<Engine name="Standalone" defaultHost="localhost" jvmRoute="TomcatB">

为了演示效果，在TomcatA部署一个应用程序test。

[root@xuexi tomcat]# mkdir -p /usr/local/tomcat/webapps/test/WEB-INF/{classes,lib}

添加index.jsp，内容如下：

[root@xuexi tomcat]# cat /usr/local/tomcat/webapps/test/index.jsp
<%@ page language="java" %>
<html>
  <head><title>TomcatA</title></head>
  <body>
    <h1><font color="red">TomcatA </font></h1>
    <table align="centre" border="1">
      <tr>
        <td>Session ID</td>
    <% session.setAttribute("abc","abc"); %>
        <td><%= session.getId() %></td>
      </tr>
      <tr>
        <td>Created on</td>
        <td><%= session.getCreationTime() %></td>
     </tr>
    </table>
  </body>
</html>

在TomcatB同样也部署一个应用程序test。如下：

[root@xuexi tomcat]# mkdir -p /usr/local/tomcat/webapps/test/WEB-INF/{classes,lib}
[root@xuexi tomcat]# cat /usr/local/tomcat/webapps/test/index.jsp
<%@ page language="java" %>
<html>
  <head><title>TomcatB</title></head>
  <body>
    <h1><font color="blue">TomcatB </font></h1>
    <table align="centre" border="1">
      <tr>
        <td>Session ID</td>
    <% session.setAttribute("abc","abc"); %>
        <td><%= session.getId() %></td>
      </tr>
      <tr>
        <td>Created on</td>
        <td><%= session.getCreationTime() %></td>
     </tr>
    </table>
  </body>
</html>

重启httpd、tomcatA、tomcatB对应的服务程序。在浏览器中输入192.168.100.17/test/index.jsp测试负载均衡是否生效。

测试时，轮调两次tomcatB后轮调一次tomcatA。而且可以发现每次轮询时Session ID每次都是变化的，因为没有开启sticky_session，所以session没有进行绑定。

要绑定会话，将worker.properties中的sticky_session设置为true即可。

5. Tomcat+httpd(mod_proxy)

测试环境如下：

当httpd端采用mod_proxy和tomcat连接时，可以采用ajp或http协议进行连接。

要使用mod_proxy与Tomcat连接，需要apache已经装载mod_proxy、mod_proxy_http、mod_proxy_ajp和proxy_balancer_module（实现Tomcat负载均衡时用到）等模块。使用rpm包安装的httpd一般默认已经启用它们，如果是编译httpd，则在编译选项中加上以下对应几项：

--enable-proxy --enable-proxy-http --enable-proxy-ajp --enable-proxy-balancer

如果是已经编译好的Httpd，则可以使用apxs工具，向httpd中添加这几个新模块。添加方法见：httpd添加新模块。

确保proxy相关的模块已经加载了。

[root@xuexi ~]# httpd -M | grep proxy 
Syntax OK
 proxy_module (shared)
 proxy_balancer_module (shared)
 proxy_ftp_module (shared)
 proxy_http_module (shared)
 proxy_ajp_module (shared)
 proxy_connect_module (shared)

5.1 配置httpd代理到tomcat

基于ajp连接协议和tomcat连接时，向httpd添加以下配置文件。如果要基于http协议连接tomcat，将上面配置文件的ajp协议改为http协议，并修改端口即可。

[root@xuexi ~]# cat /etc/httpd/conf.d/ajp.conf
<Location /status>
  SetHandler balancer-manager
  Proxypass !              # 表示此Location的URL不进行反向代理
  Require ip 192.168.100
</Location>

ProxyVia Off
ProxyRequests Off
ProxyPreserveHost Off
  ProxyPassMatch    "^/(.*.jsp)$"  ajp://192.168.100.22:8009/$1
  ProxyPassReverse  "^/(.*.jsp)$"  ajp://192.168.100.22:8009/$1

<Proxy *>
  Require all granted
</Proxy>

重启httpd。注意，重启前将前面mod_jk实验的配置文件删除掉。

关于如上apache配置的几个指令，解释如下。httpd反向代理的详细内容，可参见：详细分析apache httpd反向代理的用法。

• 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。
• ProxyRequests {On|Off}：是否开启apache正向代理的功能；如果为apache设置了ProxyPass即反向代理，则必须将ProxyRequests设置为Off。
• 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IP地址。如果后端一个IP上可能会有多个虚拟主机，则需要开启此项明确转发给哪台虚拟主机，否则就无需打开此功能。
• ProxyPassReverse：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，属性设置为ProxyPass一样基本上就可以。
• 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。
• ProxyPassMatch [regex] !|url [key=value [key=value ...]]：正则格式的ProxyPass。

5.2 通过mod_proxy负载均衡tomcat

关于httpd反向代理的负载均衡配置方式，参见详细分析apache httpd反向代理的用法。

在httpd.conf中配置如下内容：

<proxy balancer://TomcatLB>
BalancerMember ajp://192.168.100.38:8009 loadfactor=5
BalancerMember ajp://192.168.100.36:8009 loadfactor=10
</proxy>

ProxyVia Off
ProxyRequests Off
ProxyPreserveHost Off
ProxyPassMatch   "^/(.*.jsp)$" balancer://TomcatLB/$1 
ProxyPassReverse "^/(.*.jsp)$" balancer://TomcatLB/$1

<Proxy *>
  Require all granted
</Proxy>

<Location /status>
  SetHandler balancer-manager
  Proxypass ! 
  Require ip 192.168.100
</Location>

重启httpd并在浏览器中输入192.168.100.17/test/index.jsp测试，测试时会轮调两次tomcatB再轮调一次tomcatA。

如果要实现session粘滞(绑定)，则修改httpd配置文件如下：

<proxy balancer://TomcatLB>
BalancerMember ajp://192.168.100.22:8009 loadfactor=5  route=TomcatA
BalancerMember ajp://192.168.100.23:8009 loadfactor=10 route=TomcatB
ProxySet  lbmethod=byrequets
</proxy>

ProxyVia Off
ProxyRequests Off
ProxyPreserveHost Off
ProxyPassMatch   "^/(.*.jsp)$" balancer://TomcatLB/$1 stickysession=JSESSIONID
ProxyPassReverse "^/(.*.jsp)$" balancer://TomcatLB/$1 stickysession=JSESSIONID

<Proxy *>
  Require all granted
</Proxy>

<Location /status>
  SetHandler balancer-manager
  Proxypass ! 
  Require ip 192.168.100
</Location>

然后分别配置tomcatA和tomcatB的engine组件，分别加上jvmRoute="TomcatA"和jvmRoute="TomcatB"属性。

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="TomcatA">
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="TomcatB">

重启httpd和tomcatA、tomcatB，然后测试结果，再测试时同一客户端将总是得到同一个结果，不会出现负载均衡。