企业级WEB应用服务器TOMCAT

[一 WEB技术](#一 WEB技术)

[1.2 前端三大核心技术](#1.2 前端三大核心技术)

[1.2.1 HTML](#1.2.1 HTML)

[1.2.2 CSS（Cascading Style Sheets）层叠样式表](#1.2.2 CSS（Cascading Style Sheets）层叠样式表)

[1.2.3 JavaScript](#1.2.3 JavaScript)

同步

[二 WEB框架](#二 WEB框架)

[2.1 web资源和访问](#2.1 web资源和访问)

[2.2 后台应用架构](#2.2 后台应用架构)

[2.2.1 单体架构](#2.2.1 单体架构)

[2.2.2 微服务](#2.2.2 微服务)

[2.2.3 单体架构和微服务比较](#2.2.3 单体架构和微服务比较)

[三 tomcat的功能介绍](#三 tomcat的功能介绍)

[3.1 安装 Tomcat](#3.1 安装 Tomcat)

[3.2 tomcat的文件结构和组成](#3.2 tomcat的文件结构和组成)

[3.3 生成tomcat的启动文件](#3.3 生成tomcat的启动文件)

[四结合反向代理实现tomcat部署](#四结合反向代理实现tomcat部署)

[4.1 常见部署方式介绍](#4.1 常见部署方式介绍)

[4.2 利用 nginx 反向代理实现](#4.2 利用 nginx 反向代理实现)

[4.3 实现tomcat中的负载均衡](#4.3 实现tomcat中的负载均衡)

[4.3.1 HTTP的无状态，有连接和短连接](#4.3.1 HTTP的无状态，有连接和短连接)

[4.3.2 tomcat负载均衡实现](#4.3.2 tomcat负载均衡实现)

[五 Memcached](#五 Memcached)

[5.1 Memcached简介](#5.1 Memcached简介)

[5.2 memcached的安装与启动](#5.2 memcached的安装与启动)

[六 session 共享服务器](#六 session 共享服务器)

[6.1 msm 介绍](#6.1 msm 介绍)

[6.2 使用memcached让会话保持一致](#6.2 使用memcached让会话保持一致)

一 WEB技术

1.1 HTTP协议和B/S 结构

操作系统有进程子系统，使用多进程就可以充分利用硬件资源。进程中可以多个线程，每一个线程可以被CPU调度执行，这样就可以让程序并行的执行。这样一台主机就可以作为一个服务器为多个客户端提供计算服务。

客户端和服务端往往处在不同的物理主机上，它们分属不同的进程，这些进程间需要通信。跨主机的进程间通信需要使用网络编程。最常见的网络编程接口是Socket。

Socket称为套接字，本意是插座。也就是说网络通讯需要两端，如果一端被动的接收另一端请求并提供计算和数据的称为服务器端，另一端往往只是发起计算或数据请求，称为客户端。

这种编程模式称为Client/Server编程模式，简称C/S编程。开发的程序也称为C/S程序。C/S编程往往使用传输层协（TCP/UDP），较为底层，比如：QQ，迅雷, 云音乐, 云盘, foxmail，xshell等

1990年HTTP协议和浏览器诞生。在应用层使用文本跨网络在不同进程间传输数据，最后在浏览器中将服务器端返回的HTML渲染出来。由此，诞生了网页开发。

网页是存储在WEB服务器端的文本文件，浏览器发起HTTP请求后，到达WEB服务程序后，服务程序根据 URL读取对应的HTML文件，并封装成HTTP响应报文返回给浏览器端。

起初网页开发主要指的是HTML、CSS等文件制作，目的就是显示文字或图片，通过超级链接跳转到另一个HTML并显示其内容。

后来，网景公司意识到让网页动起来很重要，傍着SUN的Java的名气发布了JavaScript语言，可以在浏览器中使用JS引擎执行的脚本语言，可以让网页元素动态变化，网页动起来了。

为了让网页动起来，微软使用ActiveX技术、SUN的Applet都可以在浏览器中执行代码，但都有安全性问题。能不能直接把内容直接在WEB服务器端组织成HTML，然后把HTML返回给浏览器渲染呢？

最早出现了CGI（Common Gateway Interface）通用网关接口，通过浏览器中输入URL直接映射到一个服务器端的脚本程序执行，这个脚本可以查询数据库并返回结果给浏览器端。这种将用户请求使用程序动态生成的技术，称为动态网页技术。先后出现了ASP、PHP、JSP等技术，这些技术的使用不同语言编写的程序都运行在服务器端，所以称为WEB后端编程。有一部分程序员还是要编写HTML、CSS、 JavaScript，这些代码运行在浏览器端，称为WEB前端编程。合起来称为Browser/Server编程，即B/S编程。

1.2 前端三大核心技术

1.2.1 HTML

HTML（HyperText Markup Language）超文本标记语言，它不同于一般的编程语言。超文本即超出纯文本的范畴，例如：描述文本颜色、大小、字体等信息，或使用图片、音频、视频等非文本内容。

HTML由一个个的标签（标记）组成，这些标签各司其职，有的提供网页信息，有的负责文字，有的负责图片，有的负责网页布局，所以一个HTML文件，是由格式标签和数据组成。

超文本需要显示，就得有软件能够呈现超文本定义的排版格式，例如显示：图片、表格，显示字体的大小、颜色，这个软件就是浏览器。

超文本的诞生是为了解决纯文本不能格式显示的问题，是为了好看，但是只有通过网络才能分享超文本的内容，所以制定了HTTP协议。

1.2.2 CSS（Cascading Style Sheets）层叠样式表

HTML本身为了格式化显示文本，但是当网页呈现大家面前的时候，需求HTML提供更多样式能力。这使得HTML变得越来越臃肿。这促使了CSS的诞生。

不同厂家的浏览器使用的引擎，对CSS的支持不一样，导致网页布局、样式在不同浏览器不一样。因此，想要保证不同用户使用不同浏览器看到的网页效果一直非常困难。

1.2.3 JavaScript

Javascript 简称JS，是一种动态的弱类型脚本解释性语言，和HTML、CSS并称三大WEB核心技术，得到了几乎主流浏览器支持。

V8 JS引擎不是解释执行，而是本地编译，在V8引擎做了很多优化，JS程序在其上运行堪比本地二进制程序。V8引擎使用C++开发，可以嵌入到任何C++程序中。基于V8引擎，2009年基于服务器javascript的运行环境Node.js诞生，创建了第一版npm (Node.js包管理器和开源库生态系统), 提供了大量的库供程序员使用。从此，便可以在服务器端真正大规模使用JavaScript编程了。也就是说 JavaScript 也可以真正称为服务器端编程语言了，成为目前唯一的前，后端通用的语言。

同步

交互式网页，用户提交了请求，就是想看到查询的结果。服务器响应到来后是一个全新的页面内容，哪怕URL不变，整个网页都需要重新渲染。例如，用户填写注册信息，只是2次密码不一致，提交后，整个注册页面重新刷新，所有填写项目重新填写(当然有办法让用户减少重填)。这种交互非常不友好。从代价的角度看，就是为了注册的一点点信息，结果返回了整个网页内容，不但浪费了网络带宽，还需要浏览器重新渲染网页，太浪费资源了，影响了用户体验和感受。上面这些请求的过程，就是同步过程，用户发起请求，页面整个刷新，直到服务器端响应的数据到来并重新渲染。

异步

传统的网页如果需要更新内容，必需重载整个网页面。Ajax的出现，改变这一切，同时极大的促进了 Javascript的发展。Ajax即"Asynchronous Javascript And XML"（异步 JavaScript 和 XML），是指一种创建交互式、快速动态网页应用的网页开发技术，最早起源于1998年微软的Outlook Web Access开发团队。Ajax 通过在后台与服务器进行少量数据交换，可以使网页实现异步更新。这意味着可以在不重新加载整个网页的情况下，对网页的某部分进行更新。Javascript 通过调用浏览器内置的WEB API中的 XMLHttpRequest 对象实现Ajax 技术。早期Ajax结合数据格式XML，目前更多的使用JSON。利用AJAX可实现前后端开发的彻底分离，改变了传统的开发模式。

AJAX是一种技术的组合，技术的重新发现，而不是发明，但是它深远的影响了整个WEB开发。

二 WEB框架

2.1 web资源和访问

PC 端或移动端浏览器访问

从静态服务器请求HTML、CSS、JS等文件发送到浏览器端，浏览器端接收后渲染在浏览器上从图片服务器请求图片资源显示
从业务服务器访问动态内容，动态内容是请求后有后台服务访问数据库后得到的，最终返回到浏览器端

手机 App 访问

内置了HTML和JS文件，不需要从静态WEB服务器下载 JS 或 HTML。为的就是减少文件的发送，现代前端开发使用的JS文件太多或太大了
有必要就从图片服务器请求图片，从业务服务器请求动态数据
客户需求多样，更多的内容还是需要由业务服务器提供，业务服务器往往都是由一组服务器组成。

2.2 后台应用架构

2.2.1 单体架构

传统架构（单机系统），一个项目一个工程：比如商品、订单、支付、库存、登录、注册等等，统一部署，一个进程
all in one的架构方式，把所有的功能单元放在一个应用里。然后把整个应用部署到一台服务器上。如果负载能力不行，将整个应用进行水平复制，进行扩展，然后通过负载均衡实现访问。
Java实现：JSP、Servlet，打包成一个jar、war部署
易于开发和测试:也十分方便部署;当需要扩展时，只需要将war复制多份，然后放到多个服务器上，再做个负载均衡就可以了。
如果某个功能模块出问题，有可能全站不可访问，修改Bug后、某模块功能修改或升级后，需要停掉整个服务，重新整体重新打包、部署这个应用war包，功能模块相互之间耦合度高,相互影响,不适合当今互联网业务功能的快速迭代。
特别是对于一个大型应用，我们不可能吧所有内容都放在一个应用里面，我们如何维护、如何分工合作都是问题。如果项目庞大，管理难度大
web应用服务器：开源的tomcat、jetty、glassfish。商用的有weblogic、websphere、Jboss

2.2.2 微服务

属于SOA（Service Oriented Architecture）的子集
微服务化的核心就是将传统的一站式应用，根据业务拆分成一个一个的服务，彻底去掉耦合，每一个微服务提供单个业务功能，一个服务只做一件事。每个服务都围绕着具体业务进行构建，并且能够被独立地部署到生产环境、类生产环境等
从技术角度讲就是一种小而独立的处理过程，类似与进程的概念，能够自行单独启动或销毁
微服务架构（分布式系统），各个模块/服务，各自独立出来，"让专业的人干专业的事"，独立部署。分布式系统中，不同的服务可以使用各自独立的数据库。服务之间采用轻量级的通信机制（通常是基于HTTP的RESTful API）。
微服务设计的思想改变了原有的企业研发团队组织架构。传统的研发组织架构是水平架构，前端、后端、DBA、测试分别有自己对应的团队，属于水平团队组织架构。而微服务的设计思想对团队的划分有着一定的影响，使得团队组织架构的划分更倾向于垂直架构，比如用户业务是一个团队来负责，支付业务是一个团队来负责。但实际上在企业中并不会把团队组织架构拆分得这么绝对，垂直架构只是一种理想的架构
微服务的实现框架有多种，不同的应用架构，部署方式也有不同

2.2.3 单体架构和微服务比较

微服务的优点

每个服务足够内聚，足够小，代码容易理解。这样能聚焦一个只当的业务功能或业务需求。
开发简单、开发效率提高，一个服务可能就是专业的只干一件事，微服务能够被小团队单独开发，这个小团队可以是2到5人的开发人员组成
微服务是松耦合的，是有功能意义的服务，无论是在开发阶段或部署阶段都是独立的。
微服务能使用不同的语言开发
易于和第三方集成，微服务运行容易且灵活的方式集成自动部署，通过持续集成工具，如: Jenkins、Hudson、Bamboo
微服务易于被一个开发人员理解、修改和维护，这样小团队能够更关注自己的工作成果，无需通过合作才能体现价值
微服务允许你利用融合最新技术。微服务只是业务逻辑的代码，不会和HTML/CSS或其他界面组件混合，即前后端分离
每个微服务都有自己的存储能力，可以有自己的数据库，也可以有统一数据库

微服务缺点：

微服务把原有的一个项目拆分成多个独立工程，增加了开发、测试、运维、监控等的复杂度
微服务架构需要保证不同服务之间的数据一致性，引入了分布式事务和异步补偿机制，为设计和开发带来一定挑战
开发人员和运维需要处理分布式系统的复杂性，需要更强的技术能力
微服务适用于复杂的大系统，对于小型应用使用微服务，进行盲目的拆分只会增加其维护和开发成本

常见的微服务框架

Dubbo

阿里开源贡献给了ASF，目前已经是Apache的顶级项目
一款高性能的Java RPC服务框架，微服务生态体系中的一个重要组件
将单体程序分解成多个功能服务模块，模块间使用Dubbo框架提供的高性能RPC通信
内部协调使用Zookeeper，实现服务注册、服务发现和服务治理

Spring cloud

一个完整的微服务解决方案，相当于Dubbo的超集
微服务框架，将单体应用拆分为粒度更小的单一功能服务
基于HTTP协议的REST(Representational State Transfer 表述性状态转移）风格实现模块间通信

三 tomcat的功能介绍

Tomcat 服务器是一个免费的开放源代码的Web 应用服务器，属于轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，Tomcat 具有处理HTML页面的功能，它还是一个Servlet和 JSP容器

3.1 安装 Tomcat

[root@tomcat ~]# yum install java-1.8.0-openjdk.x86_64 -y

[root@tomcat ~]# tar zxf apache-tomcat-9.0.91.tar.gz -C /usr/local/
[root@tomcat ~]# ln -s /usr/local/apache-tomcat-9.0.91/ /usr/local/tomcat
[root@tomcat ~]# /usr/local/tomcat/bin/startup.sh

然后就可以访问网页了

172.25.254.40:8080

3.2 tomcat的文件结构和组成

3.3 生成tomcat的启动文件

[root@node4 ~]#  vim  /usr/local/tomcat/conf/tomcat.conf        #生成tomcat的主配置文件
JAVA_HOME=/etc/alternatives/jre_openjdk

[root@node4 ~]#  useradd -s /sbin/nologin -M tomcat            #生成启动文件
[root@node4 ~]#  chown -R tomcat.tomcat /usr/local/tomcat

[root@node4 ~]# vim /lib/systemd/system/tomcat.service        
 [Unit]
 Description=Tomcat
 #After=syslog.target network.target remote-fs.target nss-lookup.target
 After=syslog.target network.target
 
 [Service]
 Type=forking
 EnvironmentFile=/usr/local/tomcat/conf/tomcat.conf
 ExecStart=/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
 ExecStop=/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh
 PrivateTmp=true
 User=tomcat
 Group=tomcat
 
 [Install]
 WantedBy=multi-user.target

[root@node4 ~]# systemctl daemon-reload
[root@node4 ~]# systemctl enable --now  tomcat

四结合反向代理实现tomcat部署

4.1 常见部署方式介绍

standalone模式，Tomcat单独运行，直接接受用户的请求，不推荐。
反向代理，单机运行，提供了一个Nginx作为反向代理，可以做到静态由nginx提供响应，动态jsp代理给Tomcat

LNMT：Linux + Nginx + MySQL + Tomcat

LAMT：Linux + Apache（Httpd）+ MySQL + Tomcat

前置一台Nginx，给多台Tomcat实例做反向代理和负载均衡调度，Tomcat上部署的纯动态页面更适合

LNMT：Linux + Nginx + MySQL + Tomcat

多级代理

LNNMT：Linux + Nginx + Nginx + MySQL + Tomcat

4.2 利用 nginx 反向代理实现

利用nginx反向代理功能，实现图中的代理功能，将用户请求全部转发至指定的同一个tomcat主机
利用nginx指令proxy_pass 可以向后端服务器转发请求报文,并且在转发时会保留客户端的请求报文中的 host首部

测试：在浏览器中访问信息

www.test.com/test.jsp

4.3 实现tomcat中的负载均衡

动态服务器的问题，往往就是并发能力太弱，往往需要多台动态服务器一起提供服务。如何把并发的压力分摊，这就需要调度，采用一定的调度策略，将请求分发给不同的服务器，这就是Load Balance负载均衡。

当单机Tomcat，演化出多机多级部署的时候，一个问题便凸显出来，这就是Session。而这个问题的由来，都是由于HTTP协议在设计之初没有想到未来的发展。

4.3.1 HTTP的无状态，有连接和短连接

无状态：指的是服务器端无法知道2次请求之间的联系，即使是前后2次请求来自同一个浏览器，也没有任何数据能够判断出是同一个浏览器的请求。后来可以通过cookie、session机制来判断。

浏览器端第一次HTTP请求服务器端时，在服务器端使用session这种技术，就可以在服务器端产生一个随机值即SessionID发给浏览器端，浏览器端收到后会保持这个SessionID在Cookie当中，这个Cookie值一般不能持久存储，浏览器关闭就消失。浏览器在每一次提交HTTP请求的时候会把这个SessionID传给服务器端，服务器端就可以通过比对知道是谁了
Session通常会保存在服务器端内存中，如果没有持久化，则易丢失
Session会定时过期。过期后浏览器如果再访问，服务端发现没有此ID，将给浏览器端重新发新的SessionID
更换浏览器也将重新获得新的SessionID

有连接：是因为它基于TCP协议，是面向连接的，需要3次握手、4次断开。
短连接：Http 1.1之前，都是一个请求一个连接，而Tcp的连接创建销毁成本高，对服务器有很大的影响。所以，自Http 1.1开始，支持keep-alive，默认也开启，一个连接打开后，会保持一段时间（可设置），浏览器再访问该服务器就使用这个Tcp连接，减轻了服务器压力，提高了效率。

服务器端如果故障，即使Session被持久化了，但是服务没有恢复前都不能使用这些SessionID。

如果使用HAProxy或者Nginx等做负载均衡器，调度到了不同的Tomcat上，那么也会出现找不到 SessionID的情况。

4.3.2 tomcat负载均衡实现

[root@nginx ~]# vim /usr/local/nginx/conf.d/vhosts.conf
 upstream tomcat {
              ip_bash;
              #hash $cookie_JSESSIONID;
              server 172.25.254.30:8080;
              server 172.25.254.40:8080;
 }
 server {
        listen *:80;
        server_name www.test.com;
        root /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/test.jsp;;
 
location ~ \.jsp$ {
        proxy_pass http://tomcat;
  }
}


[root@nginx ~]# nginx -s reload

测试：当使用ip_bash的算法时有什么问题？

不同浏览器里测试 www.test.com/test.jsp

五 Memcached

5.1 Memcached简介

Memcached 只支持能序列化的数据类型，不支持持久化，基于Key-Value的内存缓存系统memcached 虽然没有像redis所具备的数据持久化功能，比如RDB和AOF都没有，但是可以通过做集群同步的方式，让各memcached服务器的数据进行同步，从而实现数据的一致性，即保证各memcached的数据是一样的，即使有任何一台 memcached 发生故障，只要集群中有一台 memcached 可用就不会出现数据丢失，当其他memcached 重新加入到集群的时候,可以自动从有数据的memcached 当中自动获取数据并提供服务。

Memcached 借助了操作系统的 libevent 工具做高效的读写。libevent是个程序库，它将Linux的epoll、 BSD类操作系统的kqueue等事件处理功能封装成统一的接口。即使对服务器的连接数增加，也能发挥高性能。memcached使用这个libevent库，因此能在Linux、BSD、Solaris等操作系统上发挥其高性能

Memcached 支持最大的内存存储对象为1M，超过1M的数据可以使用客户端压缩或拆分报包放到多个 key中，比较大的数据在进行读取的时候需要消耗的时间比较长，memcached 最适合保存用户的 session实现session共享

Memcached存储数据时, Memcached会去申请1MB的内存, 把该块内存称为一个slab, 也称为一个page

Memcached 支持多种开发语言，包括：JAVA,C,Python,PHP,C#,Ruby,Perl等

Memcached 官网： http://memcached.org/

5.2 memcached的安装与启动

[root@nginx ~]# yum install memcached -y
 [root@tomcat ~]# vim /etc/sysconfig/memcached
 PORT="11211"
 USER="memcached"
 MAXCONN="1024"
 CACHESIZE="64"
 OPTIONS="-l 0.0.0.0,::1"
 0      
980        
[root@nginx ~]# systemctl enable --now memcached

六 session 共享服务器

6.1 msm 介绍

msm（memcached session manager）提供将Tomcat的session保持到memcached可以实现高可用。项目早期托管在google code,目前在Github

6.2 使用memcached让会话保持一致

node端

安装与启动：
172.25.254.10和172.25.254.20 一样：

[root@tomcat-node1 ~]# dnf install memcached -y
[root@tomcat-node2 ~]# dnf install memcached -y

两台机子都要弄：
修改端口号：
[root@tomcat-node1 ~]# vim /etc/sysconfig/memcached

PORT="11211"
USER="memcached"
MAXCONN="1024"
CACHESIZE="64"
OPTIONS="-l 0.0.0.0,::1"    ---- 改为0.0.0.0

传入需要的.jar文件并拷贝到指定目录：
[root@tomcat-node1 ~]# cp *.jar /usr/local/tomcat/lib/

修改memcache配置：
[root@tomcat-node1 ~]#  vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
      memcachedNodes="m1:172.25.254.10:11211,m2:172.25.254.20:11211"
      failoverNodes="m1"
      requestUriIgnorePattern=".*\.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
      transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
    />

nginx端

[root@nginx ~]# vim  /usr/local/nginx/conf.d/php.conf 
upstream tomcat {
  #ip_hash;
  hash $cookie_JSESSIONID;
  server 172.25.254.30:8080;
  server 172.25.254.40:8080;
}
server {
  listen 80;
  server_name www.test.com;
  root /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/test.jsp;

  location ~ \.jsp$ {
        proxy_pass http://tomcat;
  }
}

[root@tomcat ~]# nginx -s reload