实现tomcat及Memcached、redis缓存服务器session共享

NoSQL

NoSQL是对非SQL、非传统关系型数据库的统称。

NoSQL一词诞生于1998年，2009年这个词汇被再次提出指非关系型、分布式、不提供ACID的数据库设计模式。

随着互联网时代的到来，数据爆发式增长，数据库技术发展日新月异，要适应新的业务需求。

随着移动互联网、物联网的到来，大数据的技术中NoSQL也同样重要。

https://db-engines.com/en/ranking

分类

Key-value Store

redis、memcached

Document Store

mongodb、CouchDB

Column Store列存数据库，Column-Oriented DB

HBase、Cassandra

Graph DB

Neo4j

Time Series 时序数据库

InfluxDB

Memcached不支持集群，只支持字符串类型、字节流，不支持持久化，不支持buffer缓存，而Redis支持字符串、源地址hash等类型，支持buffer缓存，且支持主从复制、集群、支持持久化等　　

Memcached只支持能序列化的数据类型，不支持持久化，基于Key-Value的内存缓存系统。

内存分配机制

应用程序运行需要使用内存存储数据，但对于一个缓存系统来说，申请内存、释放内存将十分频繁，非常容易导致大量内存碎片，最后导致无连续可用内存可用。

（1）Memcached采用了Slab Allocator机制来分配、管理内存。

（2）Page：分配给Slab的内存空间，默认为1MB，分配后就得到一个Slab。Slab分配之后内存按照固定字节大小等分成chunk。

（3）Chunk：用于缓存记录kv值的内存空间。Memcached会根据数据大小选择存到哪一个chunk中，假设chunk有128bytes、64bytes，数据只有100bytes存储在128bytes中，存在些浪费。

        Chunk最大就是Page的大小，即一个Page中就一个Chunk

（5）Slab Class：Slab按照大小分组，就组成不同的Slab Class

 

如果有100bytes要存，那么Memcached会选择上图中Slab Class 2存储，因为它是120bytes的Chunk。

Slab之间的差异可以使用Growth Factor控制，默认1.25。

懒过期Lazy Expiration

memcached不会监视数据是否过期，而是在取数据时才看是否过期，过期的把数据有效期限标识为0，并不清除该数据。以后可以覆盖该位置存储其它数据。

LRU

当内存不足时，memcached会使用LRU（Least Recently Used）机制来查找可用空间，分配给新纪录使用。

集群

Memcached集群，称为基于客户端的分布式集群。

Memcached集群内部并不互相通信，一切都需要客户端连接到Memcached服务器后自行组织这些节点，并决定数据存储的节点。

memcached选项：

修改memcached运行参数，可以使用下面的选项修改/etc/sysconfig/memcached文件

-u username memcached运行的用户身份，必须普通用户
-p 绑定的端口，默认11211
-m num 最大内存，单位MB，默认64MB
-c num 最大连接数，缺省1024
-d 守护进程方式运行
-f 增长因子Growth Factor，默认1.25
-v 详细信息，-vv能看到详细信息
-M 内存耗尽，不许LRU
-U 设置UDP监听端口，0表示禁用UDP

实战一：基于session共享存储实现LAMT的会话保持（sticky模式生产中常用）

msm

msm（memcached session manager）提供将Tomcat的session保持到memcached或redis的程序，可以实现高可用。

目前项目托管在Github：https://github.com/magro/memcached-session-manager

支持Tomcat的6.x、7.x、8.x、9.x。

Tomcat的Session管理类，Tomcat版本不同

memcached-session-manager-2.3.2.jar
memcached-session-manager-tc8-2.3.2.jar

Session数据的序列化、反序列化类

官方推荐kyro
在webapp中WEB-INF/lib/下

驱动类

memcached(spymemcached.jar)
Redis(jedis.jar) # redis的jar包

官网下载依赖的jar包：https://github.com/magro/memcached-session-manager/wiki/SetupAndConfiguration

将spymemcached.jar、memcached-session-manage、kyro相关的jar文件都放到Tomcat的lib目录中去，这个目录是$CATALINA_HOME/lib/ ，对应本次安装就是/usr/local/tomcat/lib。

asm-5.2.jar
kryo-3.0.3.jar
kryo-serializers-0.45.jar
memcached-session-manager-2.3.2.jar
memcached-session-manager-tc8-2.3.2.jar
minlog-1.3.1.jar
msm-kryo-serializer-2.3.2.jar
objenesis-2.6.jar
reflectasm-1.11.9.jar
spymemcached-2.12.3.jar
jedis-3.0.0.jar  # redis相关的jar包

sticky模式　　

1、当请求结束时Tomcat的session会送给memcached备份。即Tomcat session为主session，memcached session为备session，使用memcached相当于备份了一份Session。

2、查询Session时Tomcat会优先使用自己内存的Session，Tomcat通过jvmRoute发现不是自己的Session，便从memcached中找到该Session，更新本机Session，请求完成后更新memcached。

<t1> <t2>
 .  / .
  . X .
 . /  .
<m1> <m2>

t1和m1部署在一台主机上，t2和m2部署在同一台。

开始部署session共享会话保持

1、在t0和t1安装memcached服务

 #yum install memcached  -y

2、修改t0和t1的配置文件，需要监听其他地址的IP地址，否则只会监听本地的IP地址，内存可以设置为1024，最大连接设置为2048

[root@centos-7 yum.repos.d]# cat /etc/sysconfig/memcached
PORT="11211"
USER="memcached"
MAXCONN="2048"  #修改最大连接数
CACHESIZE="1024"  # 修改内存大小
OPTIONS=""

3、启动memcached服务，监听的是11211端口

# systemctl start memcached

4、将依赖的包在官网下载下来并导入到/usr/local/tomcat/lib目录下：

asm-5.2.jar
kryo-3.0.3.jar
kryo-serializers-0.45.jar
memcached-session-manager-2.3.2.jar
memcached-session-manager-tc8-2.3.2.jar
minlog-1.3.1.jar
msm-kryo-serializer-2.3.2.jar
objenesis-2.6.jar
reflectasm-1.11.9.jar
spymemcached-2.12.3.jar
jedis-3.0.0.jar

5、修改tomcat服务的配置文件

特别注意，t0配置中为failoverNodes="n1（memcached1）"， t1（tomcat1）配置为failoverNodes="n2（memcached2）"　　

failoverNodes故障转移节点，n1是备用节点，n2是主存储节点。另一台Tomcat将n1改为n2，其主节点是n1，备用节点是n2。

修改t0的配置文件

[root@mysql1 lib]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml 

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="n1:192.168.7.100:11211,n2:192.168.7.101:11211"
        failoverNodes="n1"  #改为n1时，n1为备用节点，优先使用n2的主机节点
        requestUriIgnorePattern=".*.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
        />

修改t1的配置文件

[root@openstack-2 lib]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml 

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="n1:192.168.7.100:11211,n2:192.168.7.101:11211"
        failoverNodes="n2" #改为n2时，优先使用n1的主节点，n2为备用节点。 
        requestUriIgnorePattern=".*.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
        />

6、修改tomcat（0和1）的主配置文件

#vim  /usr/local/tomcat/conf/server.xml
 <Engine name="Catalina" defaultHost="t0.baidu.com" jvmRoute="Tomcat1">  #加上后面的名称，方便辨认是哪个主机
<Engine name="Catalina" defaultHost="t1.baidu.com" jvmRoute="Tomcat2">

7、修改两个tomcat的server.xml配置文件

# vim /usr/local/tomcat/conf/server.xml　

<Engine name="Catalina" defaultHost="t1.baidu.com">
 </Host>
        <Host name="t1.baidu.com" appBase="/data/webapps" autoDeploy="true" >
 
      </Host>
    </Engine>

8、创建t0和t1的测试页面

# vim  /data/webapps/ROOT/index.jsp
<%@ page import="java.util.*" %>
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>lbjsptest</title>
</head>
<body>
<div>On <%=request.getServerName() %></div>
<div><%=request.getLocalAddr() + ":" + request.getLocalPort() %></div>
<div>SessionID = <span style="color:blue"><%=session.getId() %></span></div>
<%=new Date()%>
</body>
</html>

9、启动tomcat服务：

# startup.sh

修改httpd服务的配置文件

修改httpd主配置文件

　# vim  /etc/httpd/conf/httpd.conf

注释 #DocumentRoot "/var/www/html"

修改httpd的反向代理配置

[root@computer-2 ~]# cat /etc/httpd/conf.d/vhosts.conf 
<VirtualHost *:80>
	ServerName node1.baidu.com
	ProxyRequests Off
	ProxyVia On
	ProxyPreserveHost On
	ProxyPass / balancer://lbtomcats/
	ProxyPassReverse / balancer://lbtomcats/
</VirtualHost>
<Proxy balancer://lbtomcats>
BalancerMember ajp://t0.baidu.com:8009 loadfactor=1 route=Tomcat1
BalancerMember ajp://t1.baidu.com:8009 loadfactor=2 route=Tomcat2
#ProxySet stickysession=ROUTEID
</Proxy>

启动httpd服务

# systemctl start httpd

测试效果：

 第一次测试：

 

 第二次测试：

 

 下来模拟memcached的n2宕机，此时t0和t1都转移到memcached的n1上：

 宕机n2：systemctl stop memcached

 

  

 再次重启n2的memcached服务，此时Tomcat1就会又去优先到n2进行写入缓存：

 重启n2的memcached服务：systemctl  restart memcached

 

实战二：基于session共享存储实现LNMT的会话保持（sticky模式生产中常用）

1、修改nginx服务器的主配置文件 

upstream tomcats {    #在http 段配置
server t0.baidu.com:8080 weight=1;
server t1.baidu.com:8080 weight=2;
}
 
location / {    #在server 段配置
        proxy_pass http://tomcats;
}
location ~* .(jsp|do)$ {
        proxy_pass http://tomcats;
}

只需要将httpd的配置改为nginx配置，upstream转发到后端服务器，其他的tomcat配置不变、memcached服务配置文件都在上面：

2、测试效果：　　

 此时tomcat1对应的n2和tomcat2对应的n1都是一个session ID，实验成功：

 

 

实战三：基于session共享存储（memcached）实现LNMT的会话保持（non-sticky模式）

实现原理

从msm 1.4.0之后开始支持non-sticky模式。

Tomcat session为中转Session，n1为主session，n2为备session。产生的新的Session会发送给主、备memcached，并清除本地Session。

n1下线，n2转正。n1再次上线，n2依然是主Session存储节点。

注意：其他测试页面在上面已经存在，下面就不在写入。

1、开始部署，在t0和t1的/usr/local/tomcat/conf/context.xml配置文件中修改

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="n1:192.168.7.100:11211,n2:192.168.7.101:11211"
        sticky="false"
        sessionBackupAsync="false"
        lockingMode="uriPattern:/path1|/path2"
        requestUriIgnorePattern=".*.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
        />

2、修改nginx服务器的主配置文件 

upstream tomcats {    #在http 段配置
server t0.baidu.com:8080 weight=1;
server t1.baidu.com:8080 weight=2;
}
 
location / {    #在server 段配置
        proxy_pass http://tomcats;
}
location ~* .(jsp|do)$ {
        proxy_pass http://tomcats;
}

 3、启动nginx服务和tomcat服务

# nginx  
# shutdown.sh
# startup.sh

 测试效果

此时可以看到，访问tomcat时，占用的是memcached的n1

模拟此时的n1（memcached）宕机，此时n2就会占用上来，由于n1和n2是同优先级的服务器，此时就算n1启动起来，也不会再占用到n1的缓存服务器上。

实战四：基于session共享存储（redis）实现LNMT的会话保持（non-sticky模式）

 1、安装并配置redis服务

#  yum install redis  -y

#  vim /etc/redis.conf    #修改redis配置
 bind 0.0.0.0   #监听本地的所有IP地址

# systemctl start  redis    #启动redis服务

2、配置tomcat服务

修改tomcat文件时，目前没有做redis主从复制及集群模式，生产中必须做，此时将IP地址都指向了一个redis的IP地址上

[root@centos-7 ~]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="redis://192.168.7.100:6379"
        sticky="false"
        sessionBackupAsync="false"
        lockingMode="uriPattern:/path1|/path2"
        requestUriIgnorePattern=".*.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
        />

创建t0和t1的测试页面

# vim  /data/webapps/ROOT/index.jsp
<%@ page import="java.util.*" %>
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>lbjsptest</title>
</head>
<body>
<div>On <%=request.getServerName() %></div>
<div><%=request.getLocalAddr() + ":" + request.getLocalPort() %></div>
<div>SessionID = <span style="color:blue"><%=session.getId() %></span></div>
<%=new Date()%>
</body>
</html>

3、修改nginx服务器的主配置文件 

upstream tomcats {    #在http 段配置
server t0.baidu.com:8080 weight=1;
server t1.baidu.com:8080 weight=2;
}
 
location / {    #在server 段配置
        proxy_pass http://tomcats;
}
location ~* .(jsp|do)$ {
        proxy_pass http://tomcats;
}

启动nginx和tomcat服务

#  nginx  
# shutdown.sh
# startup.sh

测试效果：

两个主机的session ID都一致，实验成功：

 

总结　　

通过多组实验，使用不同技术实现了session持久机制　　

1. session绑定，基于IP或session cookie的。其部署简单，尤其基于session黏性的方式，粒度小，对负载均衡影响小。但一旦后端服务器有故障，其上的session丢失。

2. session复制集群，基于tomcat实现多个服务器内共享同步所有session。此方法可以保证任意一台后端服务器故障，其余各服务器上还都存有全部session，对业务无影响。但是它基于多播实现心跳，TCP单播实现复

制，当设备节点过多，这种复制机制不是很好的解决方案。且并发连接多的时候，单机上的所有session占据的内存空间非常巨大，甚至耗尽内存。

3. session服务器，将所有的session存储到一个共享的内存空间中，使用多个冗余节点保存session，这样做到session存储服务器的高可用，且占据业务服务器内存较小。是一种比较好的解决session持久的解决方案。

以上的方法都有其适用性。生产环境中，应根据实际需要合理选择。

不过以上这些方法都是在内存中实现了session的保持，可以使用数据库或者文件系统，把session数据存储起来，实现持久化。

这样服务器重启后，也可以重新恢复session数据。不过session数据是有时效性的，是否需要这样做，视情况而定。