Nginx+Tomcat负载均衡、动静分离

引言：tomcat服务，虽可以处理静态页面，但其处理效率远远低于nginx或apache，单nginx与apache却无法直接执行动态页面
本文介绍使用nginx与tomcat组合使用，实现动静分离

一.Tomcat多实例部署

在实际生产中，有些客户需求在一台服务器上安装多台tomcat服务，那么该如何部署呢？

1.JDK安装

tomcat是java写的程序，运行在java环境上，需安装JDK。

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
2. #将安装 Tomcat 所需软件包传到/opt目录下
apache-tomcat-9.0.16.tar.gz 
jdk-8u201-linux-x64.rpm
3.安装jdk
rpm -ivh jdk-8u201-linux-x64.rpm5
4.配置jdk环境变量
5. #查看java版本
java -version

1.关闭防火墙

2.上传软件包并安装jdk

3.配置环境变量
vim /etc/profile

export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_201-amd64
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/tools.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
source /etc/profile

2.安装Tomcat

安装Tomcat

1. #切换至/opt下，解压tomcat包
cd /opt
tar -zxf apache-tomcat-9.0.16.tar.gz 
​2.移动解压包并配置两台tomcat
mv apache-tomcat-9.0.16 /usr/local/tomcat1
cp -rp /usr/local/tomcat1/ /usr/local/tomcat2

解压安装包并配置两台tomcat

配置Tomcat环境变量

vim /etc/profile.d/tomcat.sh
#tomcat1 
export CATALINA_HOME1=/usr/local/tomcat1
export CATALINA_BASE1=/usr/local/tomcat1
export TOMCAT_HOME1=/usr/local/tomcat1

#tomcat2
export CATALINA_HOME1=/usr/local/tomcat2
export CATALINA_BASE1=/usr/local/tomcat2
export TOMCAT_HOME1=/usr/local/tomcat2

#刷新变量
source /etc/profile.d/tomcat.sh

修改tomcat2中的配置文件
因为两天服务的端口不能有重复，所以需要对其中一个服务进行修改

vim /usr/local/tomcat2/conf/server.xml
22 <Server port="8006" shutdown="SHUTDOWN">         #将22 行8005改为8006，此为服务端口
69     <Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1"   #将69 8080修改为8081，此为connector监听端口
116     <Connector port="8010" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />
#116行 8008修改为8010 此为第二个connector监听端口

第一个connector连接器默认监听8080端口，负责建立HTTP连接。在通过浏览器访问Tomcat服务器的Web应用时，使用的就是这个连接器。
第二个connector连接器默认监听8009端口，负责和其他的HTTP服务器建立连接。在把Tomcat与其他HTTP服务器集成时，就需要用到这个连接器。

修改各 tomcat 实例中的 startup.sh 和 shutdown.sh 文件，添加 tomcat 环境变量
编辑Tomcat1

vim /usr/local/tomcat1/bin/startup.sh 
export CATALINA_BASE=$CATALINA_BASE1
export CATALINA_HOME=$CATALINA_HOME1
export TOMCAT_HOME=$TOMCAT_HOME1
vim /usr/local/tomcat1/bin/shutdown.sh
export CATALINA_BASE=$CATALINA_BASE1
export CATALINA_HOME=$CATALINA_HOME1
export TOMCAT_HOME=$TOMCAT_HOME1

编辑Tomcat2

vim /usr/local/tomcat2/bin/startup.sh 
export CATALINA_BASE=$CATALINA_BASE2
export CATALINA_HOME=$CATALINA_HOME2
export TOMCAT_HOME=$TOMCAT_HOME2
vim /usr/local/tomcat2/bin/shutdown.sh
export CATALINA_BASE=$CATALINA_BASE2
export CATALINA_HOME=$CATALINA_HOME2
export TOMCAT_HOME=$TOMCAT_HOME2

启动服务

/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh 
/usr/local/tomcat2/bin/startup.sh 

查看端口，服务是否成功启用

3.测试

浏览器访问测试：
192.168.48:13:8080
192.168.48:13:8081

二.Nginx+Tomcat负载均衡与动静分离

项目需求：
在192.168.48.13上部署两个tomcat服务端口分别为8080与8081
在192.168.48.11上部署一个tomcat服务端口为8080
在192.168.48.10上部署nginx服务
进行web访问时，nginx处理静态请求，tomcat处理动态请求并实现负载均衡

2.1负载均衡原理

通过nginx实现将访问请求平均到每一台服务器上，从而分担防止某个服务访问流量过大造成高并发
负载均衡模式

1. rr 负载均衡模式：
   每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果超过了最大失败次数后（max_fails，默认1），在失效时间内(fail_timeout，默认10秒)，该节点失效权重变为0，超过失效时间后，则恢复正常，或者全部节点都为down后，那么将所有节点都恢复为有效继续探测，一般来说rr可以根据权重来进行均匀分配
2. least_conn 最少连接：
   优先将客户端请求调度到当前连接最少的服务器。
3. ip_hash 负载均衡模式：
   每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题，但是ip_hash会造成负载不均，有的服务请求接受多，有的服务请求接受少，所以不建议采用ip_hash模式，session 共享问题可用后端服务的 session 共享代替 nginx 的 ip_hash
4. fair（第三方）负载均衡模式：
   按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
5. url_hash（第三方）负载均衡模式：
   基于用户请求的uri做hash。和ip_hash算法类似，是对每个请求按url的hash结果分配，使每个URL定向到同一个后端服务器，但是也会造成分配不均的问题，这种模式后端服务器为缓存时比较好

我们正常使用的为rr模式
负载均衡数据分配

在rr模式进行负载均衡时，如图：在进行负载均衡时，数据优先流向服务器3，分配4次后，数据再流向服务器1，分配三次后，再流向服务器2，分配两次后；再到服务器3（4次）–>服务器2（3次）–>服务器1（2次）进行轮询

2.2动静分离原理

为什么要用nginx与tomcat实现动静分离？

Nginx处理静态页面的效率远高于Tomcat的处理能力
若Tomcat的请求量为1000次，则Nginx的请求量为6000次
Tomcat每秒的吞吐量为0.6M，Nginx的每秒吞吐量为3.6M

也就是说Nginx处理静态资源的能力是Tomcat处理的6倍
动静分离原理
服务端接收来自客户端的请求中，既有静态资源也有动态资源，静态资源由nginx提供服务，动态资源由nginx转发至tomcat处理

2.3Nginx服务部署

编译安装nginx服务

systemctl stop firewalld
systemctl disabled firewalld
setenforce 0  #关闭增强机制 

上传安装包，并安装编译工具

yum install -y gcc gcc-c++ make pcre-devel zlib-devel

创建用户，用于管理Nginx服务

[root@xiayan ~]# useradd -M -s /sbin/nologin nginx #创建用户并禁止登录shell
[root@xiayan opt]# tar -xzf nginx-1.20.2.tar.gz 
cd nginx-1.20.2/
#编译配置
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \
--user=nginx \
--group=nginx \
--with-http_stub_status_module
#编译安装
 make && make install

添加到系统服务

ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/
#创建软连接  使系统能直接使用nginx命令

vim /etc/init.d/nginx

#!/bin/bash
#chkconfig: 35 99 20
#description:Nginx Service Control Script
COM="/usr/local/nginx/sbin/nginx"
PID="/usr/local/nginx/logs/nginx.pid"
case "$1" in
start)
  $COM
;;
stop)
  kill -s QUIT $(cat $PID)
;;
restart)
  $0 stop
  $0 start
;;
reload)
  kill -s HUP $(cat $PID)
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop|restart|reload}"
exit 1
esac
exit 0

chmod +x /etc/init.d/nginx
chkconfig --add nginx       #添加为系统服务
systemctl start nginx

修改nginx配置
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

cp /usr/local/nginx/conf/nginx.conf /usr/local/nginx/conf/nginx.conf.bak
#备份原文件
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
#在http模块中添加
upstream tomcat_server {     #配置负载均衡地址池
 35                 server 192.168.48.11:8080 weight=1;
 36                 server 192.168.48.13:8080 weight=1;
 37                 server 192.168.48.13:8081 weight=1;
 38         }
#weight 为权重 权重越大被分配概率越高

设置动态跳转

location ~ .*\.jsp$ {
   proxy_pass http://tomcat_server;     #跳转到地址池中的地址
   proxy_set_header HOST $host;		
   proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr; #把$remote_addr赋值给X-Real-IP，来获取源IP
   proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for; #让nginx记录访问的IP地址
   }

设置本地静态图片请求

location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {   #图片匹配规则
   root html/img/;            #跳转到图片img目录
   expires 10d;		      #缓存十天
  }

在/usr/local/nginx/html/img下上传一张图片，利于待会测试图片跳转

2.4Tomcat部署

2.4.1多实例Tomcat服务配置

在192.168.48.13服务器上部署两个tomcat服务
上面我们配置过Tomcat的多实例部署服务，我们就以其为基础，进行配置
Tomcat1配置

mkdir /usr/local/tomcat1/webapps/test  #创建测试项目目录
vim /usr/local/tomcat1/webapps/test/index.jsp #编写动态页面文件
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>JSP test1 page</title>   
</head>
<body>
<% out.println("此为动态测试页面1 www.xiayan.com");%>
</body>
</html>

vim /usr/local/tomcat1/conf/server.xml
#删除原来的站点，添加此站点
<Host name="localhost" appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true" xmlValidation="false"
            xmlNamespaceAware="false">
                <Context docBase="/usr/local/tomcat1/webapps/test"
                path="" reloadable="true" />
      </Host>

重启服务

/usr/local/tomcat1/bin/shutdown.sh
/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh 

Tomcat2配置
Tomcat2配置基本和tomcat1一样

mkdir /usr/local/tomcat2/webapps/test  #创建测试项目目录
vim /usr/local/tomcat2/webapps/test/index.jsp #编写动态页面文件
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>JSP test2 page</title>   
</head>
<body>
<% out.println("此为动态测试页面2 www.xiayan.com");%>
</body>
</html>

vim /usr/local/tomcat1/conf/server.xml
#删除原来的站点，添加此站点
<Host name="localhost" appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true" xmlValidation="false"
            xmlNamespaceAware="false">
                <Context docBase="/usr/local/tomcat2/webapps/test"
                path="" reloadable="true" />
      </Host>

重启服务

/usr/local/tomcat1/bin/shutdown.sh
/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh 

2.4.2Tomcat部署

在服务器192.168.48.11上安装一个tomcat服务

1.关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
2.上传安装包
apache-tomcat-9.0.16.tar.gz #tomcat安装包
jdk-8u201-linux-x64.rpm     #JDK安装包
3.解压，安装JDK
rpm -ivh jdk-8u201-linux-x64.rpm 

解压并安装JDK

设置JDK环境变量

vim /etc/profile.d/java.sh  #新建文件
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_201-amd64
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/tools.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
source /etc/profile.d/java.sh  #刷新变量

安装tomcat

解压安装包
cd /opt
tar -zxvf apache-tomcat-9.0.16.tar.gz 
移动解压包到指定目录
mv apache-tomcat-9.0.16 /usr/local/tomcat

编写测试文件

mkdir /usr/local/tomcat/webapps/test  #创建测试项目目录
vim /usr/local/tomcat/webapps/test/index.jsp #编写动态页面文件
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>JSP test2 page</title>   
</head>
<body>
<% out.println("此为动态测试页面3 192.168.48.11");%>
</body>
</html>

更改配置文件

vim /usr/local/tomcat1/conf/server.xml
#删除原来的站点，添加此站点
<Host name="localhost" appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true" xmlValidation="false"
            xmlNamespaceAware="false">
                <Context docBase="/usr/local/tomcat/webapps/test"
                path="" reloadable="true" />
      </Host>

重启服务

/usr/local/tomcat1/bin/shutdown.sh
/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh 

2.5测试

2.5.1动静分离测试

在网页输入静态地址，或访问图片地址
访问默认的地址

在网页输入动态地址请求192.168.48.10/index.jsp

2.5.1负载均衡测试

在网页输入动态地址请求192.168.48.10/index.jsp,然后不停的进行刷新，看页面变化

在刷新的时候，因为均衡负载的权重一样，所以会随机分配显示

三.总结

nginx与tomcat组合在实际生产中经常用到，动静分离可以充分发挥nginx与tomcat的优势
负载均衡可以大大减少一个服务器的压力，减少高并发风险