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

结构图

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。

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

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

 1 #
 2 # Use name-based virtual hosting.
 3 #
 4 NameVirtualHost *:80
 5 
 6 #
 7 # VirtualHost example:
 8 # Almost any Apache directive may go into a VirtualHost container.
 9 # The first VirtualHost section is used for all requests that do not
10 # match a ServerName or ServerAlias in any <VirtualHost> block.
11 #
12 <VirtualHost *:80>
13     ServerAdmin webmaster@dummy-host.leader89
14     DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89"
15     ServerName dummy-host.leader89
16     ServerAlias www.dummy-host.leader89
17     ErrorLog "logs/dummy-host.leader89-error.log"
18     CustomLog "logs/dummy-host.leader89-access.log" common
19 </VirtualHost>
20 
21 <VirtualHost *:80>
22     ServerAdmin webmaster@dummy-host2.leader89
23     DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89"
24     ServerName dummy-host2.leader89
25     ErrorLog "logs/dummy-host2.leader89-error.log"
26     CustomLog "logs/dummy-host2.leader89-access.log" common
27 </VirtualHost>

#
# 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 webmaster@dummy-host.leader89
    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 webmaster@dummy-host2.leader89
    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：

 1 <Directory "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host.leader89">
 2 Options Indexes FollowSymLinks
 3 AllowOverride all
 4 Order Allow,Deny
 5 Allow from all
 6 </Directory>
 7 <Directory "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/docs/dummy-host2.leader89">
 8 Options Indexes FollowSymLinks
 9 AllowOverride all
10 Order Allow,Deny
11 Allow from all
12 </Directory>

<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。

1 #LoadModule proxy_http_module modules/mod_proxy_http.so
2 #LoadModule proxy_connect_module modules/mod_proxy_connect.so
3 #LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
4 #LoadModule proxy_module modules/mod_proxy_blancer.so

1 #LoadModule proxy_http_module modules/mod_proxy_http.so
2 #LoadModule proxy_connect_module modules/mod_proxy_connect.so
3 #LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
4 #LoadModule proxy_module modules/mod_proxy_blancer.so

在httpd.conf文件最后添加以下代码：

1 ProxyPass / balancer://proxy/ #注意这里以"/"结尾   
2 <Proxy balancer://proxy>   
3 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
4 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   
5 </Proxy>

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：

…………
<Server port="9005" shutdown="SHUTDOWN"> #此处修改为9005，避免与tomcat1的8005冲突
…………
…………
    <Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1" 
               connectionTimeout="20000" 
               redirectPort="8443"/> #此处修改为8081，避免与tomcat1的8080冲突
…………
    <!-- Define an AJP 1.3 Connector on port 8009 -->
    <Connector port="9009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443"/> #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
…………
      <Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"/> #去掉该行注释即可实现session复制功能
…………

…………
<Server port="9005" shutdown="SHUTDOWN"> #此处修改为9005，避免与tomcat1的8005冲突
…………
…………
<Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1"
connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" /> #此处修改为8081，避免与tomcat1的8080冲突
…………
<!-- Define an AJP 1.3 Connector on port 8009 -->
<Connector port="9009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" /> #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
…………
<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"/> #去掉该行注释即可实现session复制功能
…………

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>

<%@ 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>

<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，如有需要参考者请留言，将随后贴出。

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。