使用Nginx+Tomcat實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的全過(guò)程

更新時(shí)間：2022年05月29日 10:21:58 作者：zj233333

很多用到nginx的地方都是作為靜態(tài)伺服器,這樣可以方便緩存那些靜態(tài)文件,比如CSS，JS，html,htm等文件,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于使用Nginx+Tomcat實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

1. 環(huán)境

Linux version:  5.4.0-96-generic
OS Version:     ubuntu1~20.04
Architecture:   amd64
Nginx version:  nginx/1.18.0 (Ubuntu)
JVM Version:    11.0.15+10-Ubuntu-0ubuntu0.20.04.1
Tomcat Version: Apache Tomcat/9.0.63

2. 安裝

2.1 安裝 Nginx

在命令行輸入：

sudo apt-get install nginx

測(cè)試命令：

sudo nginx -t

窗口顯示：

nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful

在瀏覽器輸入服務(wù)器 ip：

2.2 安裝 Java

安裝 jdk：

sudo apt-get -y install openjdk-11-jdk

查看版本：

java --version

輸出如下：

openjdk 11.0.15 2022-04-19
OpenJDK Runtime Environment (build 11.0.15+10-Ubuntu-0ubuntu0.20.04.1)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 11.0.15+10-Ubuntu-0ubuntu0.20.04.1, mixed mode, sharing)

安裝成功。

查看 Java 的安裝位置：

update-alternatives --config java

輸出如下：

There is only one alternative in link group java (providing /usr/bin/java): /usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64/bin/java

將 $JAVA_HOME 添加到環(huán)境變量：

sudo vim $HOME/.bashrc
shift+G

在行尾添加：

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME

退出 vim ，激活環(huán)境變量：

source $HOME/.bashrc

驗(yàn)證環(huán)境變量：

echo $JAVA_HOME

輸出如下，激活成功。

/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64

2.3 安裝 Tomcat

官網(wǎng)下載的 Tomcat 9.0.63，注意需為 Core/tar.gz(pgp, sha512) 版本，或點(diǎn)此下載，將文件上傳到服務(wù)器中的路徑 /usr/local 下，輸入下列命令解壓：

cd /usr/local && tar -zxvf apache-tomcat-9.0.63.tar.gz

配置環(huán)境變量，打開(kāi) Tomcat 啟動(dòng)腳本：

cd apache-tomcat-9.0.63 && vim bin/startup.sh
shift+G

在語(yǔ)句 exec "$PRGDIR"/"$EXECUTABLE" start "$@" 的上一行插入下列語(yǔ)句：

JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64
JRE_HOME=$JAVA_HOME/jre
PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME
CLASSPATH=.:$JRE_HOME/lib/rt.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar
TOMCAT_HOME=/usr/local/apache-tomcat-9.0.63

保存并退出。

開(kāi)放服務(wù)器的 8080 端口：

firewall-cmd --zone=public --add-port=8080/tcp --permanent

重啟防火墻

systemctl restart firewalld.service

去云服務(wù)器管理控制臺(tái)添加安全組：

運(yùn)行：

./bin/shutdown.sh && rm -rf logs/catalina.out && ./bin/startup.sh ; tail -f logs/catalina.out

輸出應(yīng)該如下所示：

在瀏覽器訪問(wèn) $ip:8080，顯示：

說(shuō)明你配置成功。

3. 部署

3.1 Tomcat 服務(wù)器部署

本實(shí)驗(yàn)需要使用 3 個(gè)端口，分別使用 8001，8082，8083，在騰訊云控制臺(tái)開(kāi)放端口后，在 shell 中手動(dòng)開(kāi)放端口并重啟防火墻：

firewall-cmd --zone=public --add-port=8081/tcp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=8082/tcp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=8083/tcp --permanent
systemctl restart firewalld.service

注意去騰訊云開(kāi)啟你的安全組

我們使用 Tomcat 自帶的 3 個(gè) Web 項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的端口訪問(wèn)不同的應(yīng)用，假設(shè)你完全按照上文的方式操作，那么此時(shí)你的 Tomcat 為 /usr/local/apache-tomcat-9.0.63，根據(jù)根路徑打開(kāi)服務(wù)器的配置文件：

cd /usr/local/apache-tomcat-9.0.63/conf && vim server.xml

刪除掉原代碼，換成以下代碼：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
     <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
     <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
     <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
     <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
     <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
     <GlobalNamingResources>
     <Resource name="UserDatabase" auth="Container"
               type="org.apache.catalina.UserDatabase"
               description="User database that can be updated and saved"
               factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
               pathname="conf/tomcat-users.xml" />
     </GlobalNamingResources>

     <Service name="Catalina">
          <Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1"
                    connectionTimeout="20000"
                    redirectPort="8443" />
               <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                         resourceName="UserDatabase"/>
                    </Realm>
                    <Host name="localhost"  appBase="webapps"
                         unpackWARs="true" autoDeploy="true">
                         <Context path="" docBase="ROOT" reloadable="true" />
                         <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>
               </Engine>
     </Service>

     <Service name="Catalina2">
          <Connector port="8082" protocol="HTTP/1.1"
                    connectionTimeout="20000"
                    redirectPort="8443" />
               <Engine name="Catalina2" defaultHost="localhost">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                         resourceName="UserDatabase"/>
                    </Realm>
                    <Host name="localhost"  appBase="webapps"
                         unpackWARs="true" autoDeploy="true">
                         <Context path="" docBase="examples" reloadable="true" />
                         <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>
               </Engine>
     </Service>

     <Service name="Catalina3">
          <Connector port="8083" protocol="HTTP/1.1"
                    connectionTimeout="20000"
                    redirectPort="8443" />
               <Engine name="Catalina3" defaultHost="localhost">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
                    <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                         resourceName="UserDatabase"/>
                    </Realm>
                    <Host name="localhost"  appBase="webapps"
                         unpackWARs="true" autoDeploy="true">
                         <Context path="" docBase="examples/websocket" reloadable="true" />
                         <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>
               </Engine>
     </Service>
</Server>

這樣，通過(guò) $ip:8081、$ip:8082、$ip:8083 分別訪問(wèn)就可以得到不同的服務(wù)端。

8083 端口的資源不完整，因?yàn)?Tomcat 默認(rèn)只提供了 2 個(gè)有效的 app，第三個(gè)端口會(huì)返回一個(gè) 404 頁(yè)面，某種程度上它也是一個(gè)應(yīng)用。

3.2 Nginx 反向代理

編輯 nginx.conf 配置文件：

vim /etc/nginx/nginx.conf

將下列語(yǔ)句插入到模塊 http 的末尾：

upstream tomcat_server {
    server 101.42.117.143:8081;
    server 101.42.117.143:8082;
    server 101.42.117.143:8083;
}

server {
    listen 80;
    server_name 101.42.117.143;

    location / {
        proxy_pass http://tomcat_server;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

啟動(dòng)或重啟 nginx：

nginx 或 nginx -s reload

這樣，可以直接訪問(wèn) 80 端口，或 $ip 后將其代理到后端的 3 臺(tái)服務(wù)器上。

nginx 默認(rèn)采用輪詢策略。

4. 負(fù)載均衡

4.1 輪詢

輪詢策略 nginx.conf 的配置如下：

upstream tomcat_server {
    server 101.42.117.143:8081 weight=1;
    server 101.42.117.143:8082 weight=1;
    server 101.42.117.143:8083 weight=1;
}

server {
    listen 80;
    server_name 101.42.117.143;

    location / {
        proxy_pass http://tomcat_server;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

重啟 nginx：

nginx -s reload

使用 postman 頻繁訪問(wèn)，頁(yè)面出現(xiàn)的頻率是 ABC ABC ABC ABC。

4.2 加權(quán)輪詢

加權(quán)輪詢策略 nginx.conf 的配置如下：

upstream tomcat_server {
    server 101.42.117.143:8081 weight=1;
    server 101.42.117.143:8082 weight=3;
    server 101.42.117.143:8083 weight=5;
}

server {
    listen 80;
    server_name 101.42.117.143;

    location / {
        proxy_pass http://tomcat_server;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

重啟 nginx：

nginx -s reload

使用 postman 頻繁訪問(wèn)，頁(yè)面出現(xiàn)的頻率是 CBCACBCBC CBCACBCBC。

該算法稱為提案者輪換選擇算法，每一輪都會(huì)將被選中的對(duì)象減去總權(quán)重值，每一輪都會(huì)將各結(jié)點(diǎn)的權(quán)重值加上固定的預(yù)設(shè)權(quán)重值，這是一個(gè)公平的輪換算法，可以防止權(quán)重過(guò)大的結(jié)點(diǎn)持續(xù)占據(jù)資源。過(guò)程如下：

初始權(quán)重	加權(quán)	選擇	選中者減去權(quán)重和
0 0 0	1 3 5	C	1 3 -4
1 3 -4	2 6 1	B	2 -3 1
2 -3 1	3 0 6	C	3 0 -3
3 0 -3	4 3 2	A	-5 3 2
-5 3 2	-4 6 7	C	-4 6 -2
-4 6 -2	-3 9 3	B	-3 0 3
-3 0 3	-2 3 8	C	-2 3 -1
-2 3 -1	-1 6 4	B	-1 -3 4
-1 -3 4	0 0 9	C	0 0 0
0 0 0	1 3 5	C	1 3 -4
1 3 -4	2 6 1	B	2 -3 1
2 -3 1	3 0 6	C	3 0 -3
…	…	…	…

4.2 IP Hash

IP Hash 策略 nginx.conf 的配置如下：

upstream tomcat_server {
    server 101.42.117.143:8081;
    server 101.42.117.143:8082;
    server 101.42.117.143:8083;
    ip_hash;
}

server {
    listen 80;
    server_name 101.42.117.143;

    location / {
        proxy_pass http://tomcat_server;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

重啟 nginx：