Tomcat集群与负载均衡

 

在单一的服务器上执行WEB应用程序有一些重大的问题，当网站成功建成并开始接受大量请求时，单一服务器终究无法满足需要处理的负荷量，所以就有点显得有 点力不从心了。另外一个常见的问题是会产生单点故障，如果该服务器坏掉，那么网站就立刻无法运作了。不论是因为要有较佳的扩充性还是容错能力，我们都会想 在一台以上的服务器计算机上执行WEB应用程序。所以，这时候我们就需要用到集群这一门技术了。

 

在进入集群系统架构探讨之前，先定义一些专门术语：

 

1. 集群(Cluster)：是一组独立的计算机系统构成一个松耦合的多处理器系统，它们之间通过网络实现进程间的通信。应用程序可以通过网络共享内存进行消 息传送，实现分布式计算机。

 

2. 负载均衡(Load Balance)：先得从集群讲起，集群就是一组连在一起的计算机，从外部看它是一个系统，各节点可以是不同的操作系统或不同硬件构成的计算机。如一个提 供Web服务的集群，对外界来看是一个大Web服务器。不过集群的节点也可以单独提供服务。

 

3. 特点：在现有网络结构之上，负载均衡提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性。

 

集群系统 (Cluster)主要解决下面几个问题：

 

高可靠性（HA）：利用集群管理软件，当主服务器故障时，备份服务器能够自动接管主服务器的工作，并及时切换过去，以实现对用户的不间断服务。

 

高性能计算（HP）：即充分利用集群中的每一台计算机的资源，实现复杂运算的并行处理，通常用于科学计算领域，比如基因分析，化学分析等。

 

负载平衡：即把负载压力根据某种算法合理分配到集群中的每一台计算机上，以减轻主服务器的压力，降低对主服务器的硬件和软件要求。

 

目前比较常用的负载均衡技术主要有： 　　

 

1. 基于DNS的负载均衡 　　

 

通过DNS服务中的随机名字解析来实现负载均衡，在DNS服务器中，可以为多个不同的地址配置同一个名字，而最终查询

 

这个名字的客户机将在解析这个名 字时得到其中一个地址。因此，对于同一个名字，不同的客户机会得到不同的地址，他

 

们也就访问不同地址上的Web服务器，从而达到负载均衡的目的。 　　

 

2. 反向代理负载均衡 （如Apache+JK2+Tomcat这种组合） 　　

 

使用代理服务器可以将请求转发给内部的Web服务器，让代理服务器将请求均匀地转发给多台内部Web服务器之一上，从

 

而达到负载均衡的目的。这种代理 方式与普通的代理方式有所不同，标准代理方式是客户使用代理访问多个外部Web服务

 

器，而这种代理方式是多个客户使用它访问内部Web服务器，因此也被称 为反向代理模式。 　　

 

3. 基于NAT（Network Address Translation）的负载均衡技术 （如Linux Virtual Server，简称LVS） 　　

 

网络地址转换为在内部地址和外部地址之间进行转换，以便具备内部地址的计算机能访问外部网络，而当外部网络中的计算

 

机访问地址转换网关拥有的某一外部 地址时，地址转换网关能将其转发到一个映射的内部地址上。因此如果地址转换网关

 

能将每个连接均匀转换为不同的内部服务器地址，此后外部网络中的计算机就各 自与自己转换得到的地址上服务器进行通

 

信，从而达到负载分担的目的。

 

介绍完上面的集群技术之后，下面就基于Tomcat的集群架构方案进行说明：

 

上面是采用

 

了Apache httpd作为web服务器的，即作为Tomcat的前端处理器，根据具体情况而定，有些情况下是不需要Apache

 

httpd作为 web 服务器的，如系统展现没有静态页面那就不需要Apache httpd，那时可以直接使用Tomcat作为web 服

 

务器来使用。

 

使用Apache httpd主要是它在处理静态页面方面的能力比Tomcat强多了。

 

1、 用户的网页浏览器做完本地 DNS和企业授权的DNS之的请求/响应后，这时候企业授权的DNS（即21cn BOSS DNS）会给用户本地的DNS服务器提供一个NAT请求分配器（即网关）IP。

 

2、 NAT分配器，它会根据特定的分配算法，来决定要将连接交给哪一台内部 Apache httpd来处理请求。大多数的NAT请求分配器提供了容错能力：根据侦测各种WEB服务器的失效状况，停止将请求分配给已经宕掉的服务器。并且有些分配 器还可以监测到WEB服务器机器的负载情况，并将请求分配给负载最轻的服务器等等。Linux Virtual Server是一个基于Linux操作系统上执行的VS-NAT开源软件套件，而且它有丰富的功能和良好的说明文件。商业硬件解决方案 Foundry Networks的ServerIron是目前业界公认最佳的请求分配器之一。

 

3、 Apache httpd + Mod_JK2在这里是作为负载均衡器，那为什么要做集群呢？如果集群系统要具备容错能力，以便在任何单一的硬件或软件组件失效时还能100%可用，那么 集群系统必须没有单点故障之忧。所以，不能只架设一台有mod_jk2的Apache httpd，因为如果 httpd或mod_jk2失效了，将不会再有请求被会送交到任何一个Tomcat 实例。这种情况下，Apache httpd就是瓶劲，特别在访问量大的网站。

 

4、 Mod_JK2负载均衡与故障复原，决定把Apache httpd当成web服务器，而且使用mod_jk2将请求传送给Tomcat，则可以使用mod_jk2的负载均衡与容错功能。在集群系统中，带有 mod_jk2的Apache httpd可以做的事情包括： A、 将请求分配至一或多个Tomcat实例上 你可以在mod_jk2的workers.properties文件中，设定许多Tomcat实例，并赋于每个实例一个lb_factor值，以作为请求 分配的加权因子。 B、 侦测Tomcat实例是否失败 当Tomcat实例的连接器服务不再响应时，mod_jk2会及时侦测到，并停止将请求送给它。其他的Tomcat实例则会接受失效实例的负载。 C、 侦测Tomcat实例在失效后的何时恢复 因连接器服务失效，而停止将请求分配给Tomcat实例之后，mod_jk2会周期性地检查是否已恢复使用性，并自动将其加入现行的Tomcat实例池 中。

 

5、 Tomcat中的集群原理是通过组播的方式进行节点的查找并使用TCP连接进行会话的复制。这里提示一下就是，对每个请求的处理，Tomcat都会进行会 话复制，复制后的会话将会慢慢变得庞大。

 

6、 Mod_jk2同时支持会话亲和和会话复制。在tomcat 5中如何实现会话亲和和会话复制？把server.xml中的标签去掉就实现会话亲和，把标 签加上就实现会话复制。

 

7、 会话亲和：就是表示来自同会话的所有请求都由相同的To

mcat 实例来处理，这种情况下，如果Tomcat实例或所执行的服务器机器失效，也会丧失Servlet的会话数据。即使在集群系统中执行更多的Tomcat实 例，也永远不会复制会话数据。这样是提高集群性能的一种方案，但不具备有容错能力了。

 

8、 使用会话复制，则当一个Tomcat实例宕掉时，由于至少还有另一个Tomcat实例保有一份会话状态数据，因而数据不会丧失。但性能会有所降低。