青蛙学Linux—Nginx+Tomcat实现动静分离以及负载均衡

Tomcat也是一个Web服务器，用于运行JSP页面和Servlet。虽然Tomcat也可以处理静态网页，但是其性能与并发能力远远比不上Nginx，而且Tomcat在高并发环境下处理动态请求的性能也不高，所以通过Nginx与Tomcat的整合来适应高并发的环境。

Nginx可以通过以下两种方式来实现与Tomcat的整合：

• 将静态页面请求交由Nginx处理，动态页面的请求交由Tomcat处理
• 将所有的请求都交由后端的Tomcat进行处理，Nginx利用自身的负载均衡功能实现多台Tomcat服务器的负载均衡

1、安装Tomcat

1.1、构建JAVA环境

Tomcat的运行需要JAVA环境的支持，所以我们在安装Tomcat之前必须先构建一个JAVA环境。JAVA环境需要安装JDK，JDK可以在https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html下载。

这里我们使用的是JDK 8u191（1.8.0_191）的版本，JDK的安装非常简单，Oracle提供给我们的是二进制可执行程序，在上面提供的网址中下载相应版本的tar.gz包之后，直接解压到相应的路径即可使用。

安装好JDK后，我们必须配置环境变量以便Tomcat进行调用，这里把JDK安装到/usr/local/jdk目录下，然后在/etc/profile中配置以下的环境变量：

export JAVA_HOME=/usr/local/jdk
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

测试：

[root@localhost ~]# java -version
java version "1.8.0_191"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_191-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)

1.2、安装Tomcat

Tomcat的官网为http://tomcat.apache.org。

这里选择Tomcat 8.5.37的版本进行安装。与JDK一样，Tomcat在官网上同样提供给我们的是二进制可执行程序的tar.gz包，我们只要下载后解压到指定的目录即可。这里我们将Tomcat安装到/usr/local/tomcat目录下。

1.3、Tomcat的目录结构

Tomcat的可执行脚本位于安装目录下的bin目录中，重点关注以下三个脚本文件：

startup.sh    # 启动Tomcat
shutdown.sh   # 关闭Tomcat
catalina.sh   # 配置Tomcat运行时需要的一些环境变量

Tomcat的配置文件位于安装目录下的conf目录中，重点关注以下配置文件：

server.xml           # Tomcat的主配置文件
logging.properties   # 配置Tomcat的日志输出格式

Tomcat的日志文件位于安装目录下的logs目录中。

Tomcat自带的默认站点位于安装目录下的webapps目录下，该目录有以下几个子目录：

docs          # Tomcat文档
examples      # 部署实例
host-manager  # 通过Web管理Tomcat
manager       # 通过Web管理Tomcat
ROOT          # 自带网站的根目录

1.4、Tomcat的简单配置

Tomcat的主配置文件server.xml位于安装目录下的conf目录中，我们通过该文件进行简单的配置（端口号和虚拟主机的配置）：

端口配置

# 通过HTTP协议访问Tomcat的端口，默认为8080
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
           connectionTimeout="20000"
           redirectPort="8443" />

虚拟主机配置

<Host name="localhost"  appBase="webapps"
      unpackWARs="true" autoDeploy="true">

  <!-- SingleSignOn valve, share authentication between web applications Documentation at: /docs/config/valve.html -->
  <!--
  <Valve className="org.apache.catalina.authenticator.SingleSignOn" />
  -->

  <!-- Access log processes all example.
       Documentation at: /docs/config/valve.html
       Note: The pattern used is equivalent to using pattern="common"
       日志配置，配置日志的文件名、扩展名和保存位置
  -->
  <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>

其中：

• name：定义虚拟主机的域名，也可以使用IP地址
• debug：定义日志输出级别
• appBase：定义存放Web应用的根目录，可以是绝对路径或相对于$CATALINA_HOME（Tomcat安装目录）的目录
• unpackWARs：定义Tomcat是否将WAR文件解压后运行，true为自动解压后运行
• autoDeploy：定义Tomcat是否自动发布appBase目录下的所有Web应用（包括新加入的Web应用），true为自动发布

也可以在<Host></Host>中定义以下内容，实现一个虚拟主机下的不同Web应用：

<Context path="" docBase="" debug=""/>

其中：

• path：定义Web应用的URL入口，比如path=“jsp”，则请求的URL应该为http://xxx/jsp
• docBase：定义Web应用的路径，可以使用绝对路径也可以使用相对路径，也可以为WAR文件的路径

1.5、启动Tomcat

进入Tomcat安装目录下的bin目录，运行：

[root@localhost bin]# ./startup.sh 
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /usr/local/jdk
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
Tomcat started.

当前安装Tomcat的主机IP地址为192.168.0.110，访问http://192.168.0.110:8080：

Tomcat的欢迎页面。看到这个页面就说明Tomcat启动成功。

在Tomcat的Web根目录下，还放置了一个名为info.jsp的探针文件，我们访问http://192.168.0.110:8080/info.jsp：

2、Nginx+Tomcat实现动静分离

Nginx通过反向代理的方式将相应的请求转发给Tomcat以实现动静分离。这里通过一个实例来展示Nginx+Tomcat如何实现动静分离。

实验环境：

仅使用一台主机进行实验，主机IP为192.168.0.110，安装Nginx和Tomcat，Tomcat的端口为8080。通过配置Nginx将访问JSP文件的请求交由Tomcat处理。

Nginx配置部分（仅展示配置文件中server和location配置的相关部分）：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost 192.168.0.110;
    
    location / {
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }   
        
    location ~ .jsp$ {
        proxy_pass    http://127.0.0.1:8080;
    }
}

我们首先来访问http://192.168.0.110：

然后访问http://192.168.0.110/info.jsp：

JSP文件也访问成功。服务器名称与域名均显示127.0.0.1是因为在Nginx反向代理时没有配置将真实IP发送给后端。

如何验证JSP文件真的是由Tomcat处理的呢，我们可以访问一个不存在的JSP文件，看看它的错误信息：

404错误，由Tomcat给出，同样，访问一个不存在的html，看看错误信息：

html文件的404由Nginx给出，这就说明了我们的配置已经实现了动静分离。

3、Nginx实现Tomcat的负载均衡

Nginx实现Tomcat的负载均衡同样是通过upstream定义一组主机，然后通过反向代理将请求转到该组主机上。以下通过一个实例来展示如何通过Nginx来实现Tomcat的负载均衡。

实验环境：

• 主机A：IP地址为192.168.0.110，安装Nginx 1.14.2，无Tomcat环境
• 主机B：IP地址为192.168.0.88，安装Tomcat 8.5.37，无Nginx环境
• 主机C：IP地址为192.168.0.106，安装Tomcat 8.5.37，无Nginx环境
• 主机D：IP地址为192.168.0.61，安装Tomcat 8.5.37，无Nginx环境

其中，主机A为前端服务器，通过Nginx提供负载均衡调度功能，主机BCD为后端服务器组，运行Tomcat提供Web服务，Tomcat端口均为8080。在BCD三台主机的Tomcat默认站点目录下均有一个名为info.jsp的探针文件。站点通过IP进行访问，没有进行域名解析。

我们首先来访问下BCD三台主机，看看它们的Tomcat是否正常提供服务：

http://192.168.0.88:8080/info.jsp

http://192.168.0.106:8080/info.jsp

http://192.168.0.61:8080/info.jsp

在主机A上配置整个站点的请求均转发到后端Tomcat服务器组，配置如下（仅展示Nginx配置文件中http、server和location部分的相关配置；这里为了展现负载均衡的效果，使用的是轮询算法，其实动态页面应该使用ip_hash算法，以解决session共享的问题）：

http{
    upstream tomcat_server{
        server  192.168.0.88:8080   max_fails=3 fail_timeout=20s;
        server  192.168.0.106:8080  max_fails=3 fail_timeout=20s;
        server  192.168.0.61:8080   max_fails=3 fail_timeout=20s;
    }
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost 192.168.0.110;
        location / {
            proxy_pass                        http://tomcat_server;
            proxy_set_header Host             $host;
            proxy_set_header X-Real-IP        $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For  $proxy_add_x_forwarded_for;
        }
}

访问http://192.168.0.110/info.jsp：

Nginx成功为Tomcat提供了负载均衡功能。