Tomcat负载均衡原理详解及配置(Apache2.2.19+Tomcat7.0.12)

 JAVA项目一般直接用Tomcat作为Web服务器。为了增加tomcat的性能和稳定性，我们一般采用balance和session同步机制。 下图列出了我们常用也是最简单的解决方案

 

 

说明

1 balance

• 负载均衡我们一般采用Apache proxy和Apache＋mod_jk方式
• 所使用软件：Apache2.2.19　　http://httpd.apache.org/download.cgi#apache22;
  　　　　　　Tomcat7　          http://tomcat.apache.org/download-70.cgi

1.1 mod_proxy方式

　　mod_proxy是一种分工合作的的形式，通过主服务器跳转到各台主机负责不同的任务而实现任务分工，这种形式不能实现负载均衡，只能提供主服务器的访问跳转
　　修改apache的httpd.conf文件配置

打开httpd.conf文件，取消下面四行的注释，用以打开代理所需的.so支持模块。

#LoadModule proxy_http_module modules/mod_proxy_http.so
#LoadModule proxy_connect_module modules/mod_proxy_connect.so
#LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
#Include conf/extra/httpd-vhosts.conf

 

打开文件conf\extra\httpd-vhosts.conf，可以看到如下代码：

#
 # Use name-based virtual hosting.
 # NameVirtualHost *:80
 
 #
 # VirtualHost example:
 # Almost any Apache directive may go into a VirtualHost container.
 # The first VirtualHost section is used for all requests that do not
 # match a ServerName or ServerAlias in any <VirtualHost> block.
 #
	<VirtualHost *:80>
		ServerAdmin [email protected]
		DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89"
		ServerName dummy-host.leader89
		ServerAlias www.dummy-host.leader89
		ErrorLog "logs/dummy-host.leader89-error.log"
		CustomLog "logs/dummy-host.leader89-access.log" common
	</VirtualHost>

	<VirtualHost *:80>
		ServerAdmin [email protected]
		DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89"
		ServerName dummy-host2.leader89
		ErrorLog "logs/dummy-host2.leader89-error.log"
		CustomLog "logs/dummy-host2.leader89-access.log" common
	</VirtualHost>

 

根据需要更改<VirtualHost>节点内的参数。

说明：NameVirtualHost *:80和<VirtualHost *:80>中 的*为当前服务器IP，如果有固定IP可以用IP把*替换掉，我这里使用的是动态IP，所以用*，我看apache帮助文档的时候，一直认为这里的*为对 应的域名，这个想法应该是错误的，因为我填上域名的时候一直没有设置成功。ServerName这个填域名，DocumentRoot填 ServerName上域名对应的根目录。

注：

如果访问域名出现403权限错误，且对应的文件夹everyone的权限都是全部控制，则问题出在httpd.conf上。
编辑 httpd.conf，找到DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/htdocs"这项，这是默认根目录路径，但是要更改的不是这个，一直往下找，找到<Directory />节点，然后在节点结束后加上：

 <Directory "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89">
	 Options Indexes FollowSymLinks
	 AllowOverride all
	 Order Allow,Deny
	 Allow from all
 </Directory>
 <Directory "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89">
	 Options Indexes FollowSymLinks
	 AllowOverride all
	 Order Allow,Deny
	 Allow from all
</Directory>

 这里的"C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89"和"C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89"为前面VirtualHost里的路径。
保存httpd.conf和httpd-vhosts.conf，然后重启Apache。
然 后访问dummy-host.leader89打开的是C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89目录，
访问dummy-host2.leader89的是C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89目录，
实现了单IP多域名多站点的功能。

 

1.2 mod_proxy_blancer方式

　　mod_proxy_balancer是mod_proxy的扩展，提供负载平衡支持，通过mod_proxy_balancer.so包实现负载平衡，公司生产服务器暂时就采用这种方式。
　　修改apache的httpd.conf文件配置

打开httpd.conf文件，取消下面四行的注释，用以打开代理所需的.so支持模块。

#LoadModule proxy_http_module modules/mod_proxy_http.so
#LoadModule proxy_connect_module modules/mod_proxy_connect.so
#LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
#LoadModule proxy_module modules/mod_proxy_blancer.so

 

在httpd.conf文件最后添加以下代码：

ProxyPass / balancer://proxy/ #注意这里以"/"结尾   
<Proxy balancer://proxy>   
BalancerMember http://127.0.0.1:8080/ loadfactor=3 #BalancerMember 及其后面的URL表示要配置的后台服务器、test表示该服务器下的项目名称
BalancerMember http://127.0.0.1:8081/ loadfactor=1 #参数”loadfactor”表示后台服务器负载到由Apache发送请求的权值,该值默认为1   
</Proxy>  

 

将下载的tomcat压缩包解压两份，分别命名为tomcat1、tomcat2。修改tomcat2中conf/server.xml中部分端口号(因为我在本机做测试，所以为了解决端口号被占用的问题修改tomcat2的端口号，使tomcat1与tomcat2能够同时启动，实现多服务器；如果有多台PC服务器可不必修改)，修改内容如下：

  #此处修改为8081，避免与tomcat1的8080冲突…………   
  <Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000"  redirectPort="8443" />  
  <!-- Define an AJP 1.3 Connector on port 8009 -->    

   #此处修改为9009，避免与tomcat1的8009冲突。如果使用的是mod_proxy_blancer方式此处可以注释掉，如果使用的是mod_jk方式则此处必须存在
  <Connector port="9009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" /> 
   #去掉该行注释即可实现session复制功能…………   
  <Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"/>

 

1)轮询均衡策略的配置

ProxyPass / balancer://proxy/ <Proxy balancer://proxy>   
 BalancerMember http://127.0.0.1:8080/
 BalancerMember http://127.0.0.1:8081/
</Proxy>   
实现负载均衡的原理如下:

假设Apache接收到http://localhost/test请求,由于该请求满足ProxyPass条件(其URL前缀为“/"),该请求会 被分发到后台某一个BalancerMember,譬如,该请求可能会转发到http://127.0.0.1:8080/进行处理?当第二 个满足条件的URL请求过来时,该请求可能会被分发到另外一台BalancerMember,譬如,可能会转发到 http://127.0.0.1:8081/如此循环反复,便实现了负载均衡的机制?

2)按权重分配均衡策略的配置

ProxyPass / balancer://proxy/ <Proxy balancer://proxy>   
 BalancerMember http://127.0.0.1:8080/ loadfactor=3
 BalancerMember http://127.0.0.1:8081/ loadfactor=1
</Proxy>

参数"loadfactor"表示后台服务器负载到由Apache发送请求的权值,该值默认为1,可以将该值设置为1到100之间的任何值?以上面 的配置为例,介绍如何实现按权重分配的负载均衡,现假设Apache收到http://myserver/test 4次这样的请求,该请求分别被负载到后台 服务器,则有3次连续的这样请求被负载到BalancerMember为http://127.0.0.1:8080/的服务器,有1次这样的请求被 负载BalancerMember为http://127.0.0.1:8081/后台服务器?实现了按照权重连续分配的均衡策略?

3)权重请求响应负载均衡策略的配置

ProxyPass / balancer://proxy/ lbmethod=bytraffic <Proxy balancer://proxy>   
 BalancerMember http://127.0.0.1:8080/ loadfactor=3
 BalancerMember http://127.0.0.1:8081/ loadfactor=1
</Proxy>

参数“lbmethod=bytraffic"表示后台服务器负载请求和响应的字节数,处理字节数的多少是以权值的方式来表示的? “loadfactor"表示后台服务器处理负载请求和响应字节数的权值,该值默认为1,可以将该值设置在1到100的任何值?根据以上配置是这么进行均 衡负载的,假设Apache接收到http://myserver/test请求,将请求转发给后台服务器,如果BalancerMember为http://127.0.0.1:8080/后台服务器负载到这个请求,那么它处理请求和响应的字节数是BalancerMember为http://127.0.0.1:8081/服务器的3倍(回想(2)均衡配置,(2)是以请求数作为权重负载均衡的,(3)是以流量为权重负载均衡的,这是 最大的区别)?

至此配置以完成

　　在tomcat1中webapps文件夹下新建test项目文件夹，test目录下新建如下页面:

<%@ page contentType="text/html; charset=GBK" %>
<%@ page import="java.util.*" %>
<html><head><title>Cluster App Test</title></head>
<body>
Server Info:
<%
out.println(request.getLocalAddr() + " : " + request.getLocalPort()+"<br>");%>
<%
  out.println("<br> ID " + session.getId()+"<br>");
  // 如果有新的 Session 属性设置
  String dataName = request.getParameter("dataName");
  if (dataName != null && dataName.length() > 0) {
     String dataValue = request.getParameter("dataValue");
     session.setAttribute(dataName, dataValue);
  }
  out.println("<b>Session 列表</b><br>");
  System.out.println("============================");
  Enumeration e = session.getAttributeNames();
  while (e.hasMoreElements()) {
     String name = (String)e.nextElement();
     String value = session.getAttribute(name).toString();
     out.println( name + " = " + value+"<br>");
         System.out.println( name + " = " + value);
   }
%>
  <form action="test.jsp" method="POST">
    名称:<input type=text size=20 name="dataName">
     <br>
    值:<input type=text size=20 name="dataValue">
     <br>
    <input type=submit>
   </form>
</body>
</html>

 

如需session复制功能此步骤为必须操作

　　打开项目的WEB-INF下的web.xml在</web-app>内添加<distributable/>标签，如果没有则手动建立目录结构

<web-app xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee" 
	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
    xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee http://java.sun.com/xml/ns/j2ee/web-app_2_4.xsd" version="2.4">
 <display-name>TomcatDemo</display-name>
<distributable/> #一般均放在web-app结束节点上一行
</web-app>

  

将tomcat1下的test项目复制一份到tomcat2的webapps目录下
至此所有操作已完成 

启动tomcat1、tomcat2、apache。打开浏览器，输入http://localhost/test/test.jsp回车，刷新几次即可从tomcat1与tomcat2的控制台看到负载效果。输入session即可看到session复制效果

 

 

1.3 mod_jk方案
mod_jk是比较专门针对Tomcat的方法，通过AJP协议连接Tomcat
1)需要下载mod_jk-1.2.31-httpd-2.2.3.so    http://archive.apache.org/dist/tomcat/tomcat-connectors/jk/binaries/win32/jk-1.2.31/mod_jk-1.2.31-httpd-　　2.2.3.so包并放到Apache安装目录下的modules子目录中
2)然后配置mod_jk.conf
3)配置workers2.properties
注意:因为mod_jk2方式不被推荐，mod_jk2已经不再被更新了。因此，此处不予列举.

proxy、proxy_blancer和mod_jk的比较

• proxy的缺点是，当其中一台tomcat停止运行的时候，apache仍然会转发请求过去，导致502网关错误。但是只要服务器再启动就不存在这个问题。
• mod_jk方式的优点是，Apache 会自动检测到停止掉的tomcat，然后不再发请求过去。
  缺点就是，当停止掉的tomcat服务器再次启动的时候，Apache检测不到，仍然不会转发请求过去。
  
• proxy和mod_jk的共同优点是.可以只将Apache置于公网，节省公网IP地址资源。
  可以通过设置来实现Apache专门负责处理静态网页，让Tomcat专门负责处理jsp和servlet等动态请求。
  共同缺点是：如果前置Apache代理服务器停止运行，所有集群服务将无法对外提供。
• proxy和mod_jk对静态页面请求的处理，都可以通设置来选取一个尽可能优化的效果。
  mod_proxy_balancer和mod_jk都需要修改tomcat的配置文件配合
  <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="tomcat1">
• 这三种Tomcat集群方式对实现最佳负载均衡都有一定不足，mod_proxy_balancer和mod_jk相对好些，mod_jk的设置能力更强些。lbfactor参数来分配请求任务。
• apache自带mod_proxy功能模块中目前只可以实现两种不同的负载均衡集群实现方式，第一种是分工合作的的形式，通过各台主机负责不同的任务而实现任务分工。第二种是不同的机器在担任同样的任务，某台机器出现故障主机可以自动检测到将不会影响到客户端，而第一种却不能实现但第一种实现方式的优点在于他是主服务器负担相应没第二种大因为台只是提供跳转指路功能，形象的说他不给你带路只是告诉你有条路可以到，但到了那是否可以看到你见的人他已经不会去管你了。相比之下第二种性能要比第一种会好很多；但他们都有个共同点都是一托N形式来完成任务的所以你的主机性能一定要好。

2 session同步

• 对于tomcat的集群有两种方式，这个主要是针对session而言的。一种就是sticky模式，即黏性会话模式；另外一种就是session复制模式了。

2.1 sticky模式

• 利用负载均衡器的sticky模式的方式把所有同一session的请求都发送到相同的Tomcat节点。这样不同用户的请求就被平均分配到集群 中各个tomcat节点上，实现负载均衡的能力。这样做的缺点是没有灾难恢复的能力。一旦一个节点发生故障，这个节点上所有的session信息全部丢 失；
• 这种方式其实是由前端balancer实现的，基本不需要webServer做任何改动（只需要修改jvmRoute="tomcat1"）
• 同一用户同一session只和一个webServer交互，一旦这个webserver发生故障，本次session将丢失，用户不能继续使用

2.2 复制模式

• 利用Tomcat session复制的机制使得所有session在所有Tomcat节点中保持一致。当一个节点修改一个session数据的时候，该节点会把这个 session的所有内容序列化，然后广播给所有其它节点。这样当下一个用户请求被负载均衡器分配到另外一个节点的时候，那个节点上有完备的 session信息可以用来服务该请求。这种做法的问题是对session哪怕有一点点修改，也要把整个sessions数据全部序列化 （serialize），还要广播给集群中所有节点，不管该节点到底需不需要这个session。这样很容易会造成大量的网络通信，导致网络阻塞。一般采 用这种方式，当Tomcat节点超过4个时候，整个集群的吞吐量就不能再上升了；
• 此方式是通过tomcat本身提供的功能，只需要修改server.xml文件
  （1）修改Engine节点信息： <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="tomcat1">
  （2）去掉<Cluster> <\Cluster> 的注释符
  （3）web.xml中增加 <distributable/>

2.3 Terracotta模式

• 另一种方式就是利用开源软件Terracotta。Terracotta的基本原理是对于集群间共享的数据，当在一个节点发生变化的时 候，Terracotta只把变化的部分发送给Terracotta服务器，然后由服务器把它转发给真正需要这个数据的节点。这样对网络的压力就非常小， 各个节点也不必浪费CPU时间和内存进行大量的序列化操作。把这种集群间数据共享的机制应用在session同步上，相当于对tomcat第二种集群实现 机制进行了优化，既避免了对数据库的依赖，又能达到负载均衡和灾难恢复的效果。在对比测试中，采用Terracotta搭建Tomcat集群，节点达到8 个时候，整个集群的吞吐量还一直是线性增长的。

2.4 三种模式比较

• sticky模式最大的缺点就是不支持failover，一旦某一个webServer发生故障则此节点上的session就会丢失，因此不建议使用。
• 复制模式可以保证个别节点发生故障不丢失session，但是复制时需要序列化数据这会影响到系统的性能。
  另外性能随着服务器增加急剧下降，而且容易引起广播风暴。经测试当Tomcat节点超过4个时候，整个集群的吞吐量就不能再上升了。
  需要修改server.xml和web.xml文件
• 使用第三方软件Terracotta进行session同步，配置对原来的web应用完全透明，原有程序不用做任何修改。。
  数据不需要序列化，也不占用webServer的内存，执行效率高。
• terracotta本身支持HA，增加了系统的稳定性。
• Terracotta是开源的，并且可以集成在很多主流的开源软件中，如Jetty、Tomcat、Spring、Geronimo和EHCache等。