Tomcat涡轮：企业级WEB动力引擎全解析

洋芋土豆2024-08-24 22:14

目录

一、WEB技术基础

[1.1 HTTP协议和B/S结构](#1.1 HTTP协议和B/S结构)

[1.2 前端三大核心技术](#1.2 前端三大核心技术)

二、WEB框架与资源访问

[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 微服务架构](#2.2.2 微服务架构)

[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的功能与安装

[3.1 Tomcat简介](#3.1 Tomcat简介)

[3.2 安装Tomcat](#3.2 安装Tomcat)

​编辑

[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

[4.1 部署方式](#4.1 部署方式)

[4.2 Nginx反向代理配置](#4.2 Nginx反向代理配置)

[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)

​编辑

五、Memcached与Session共享

[5.1 Memcached简介](#5.1 Memcached简介)

[5.2 Memcached的安装与操作](#5.2 Memcached的安装与操作)

[5.3 memcached 操作命令](#5.3 memcached 操作命令)

六、Session共享服务器

[6.1 msm（memcached session manager）](#6.1 msm（memcached session manager）)

[6.2 安装](#6.2 安装)

6.3、配置过程

一、WEB技术基础

1.1 HTTP协议和B/S结构

在现代网络架构中，HTTP协议和B/S（Browser/Server）结构扮演着核心角色。HTTP协议使得客户端和服务器之间能够通过文本形式传输数据，而B/S结构则允许浏览器作为客户端，通过HTTP请求与WEB服务器进行交互。

1.2 前端三大核心技术

前端三大核心技术通常指的是构建现代Web应用程序所必需的三个基本技能领域。这些技术共同协作，为用户提供丰富、互动和响应式的网页体验。

1.2.1 HTML（HyperText Markup Language） - 超文本标记语言

  • 定义：HTML是网页内容的标准标记语言，用于定义网页的结构和内容。它由一系列的元素（或称为标签）组成，这些元素可以是文本、链接、图片、表格、列表等。
  • 作用：HTML负责网页的基本骨架，让浏览器知道如何显示内容。它不负责网页的样式或行为。

1.2.2 CSS（Cascading Style Sheets） - 层叠样式表

  • 定义：CSS用于设置HTML元素的样式，包括布局、颜色、字体和间距等视觉表现。CSS通过选择器来定位HTML中的元素，并应用相应的样式规则。
  • 作用：CSS让网页设计师能够控制网页的外观和布局，实现跨浏览器的一致性，并提高页面的可用性和可访问性。

1.2.3 JavaScript（JS） - 一种脚本语言

  • 定义：JavaScript是一种轻量级的编程语言，用于网页上实现交互式功能、游戏、动画等。它能够响应用户的行为，操作HTML元素，以及处理数据。
  • 作用：JavaScript使得网页不再是静态的，它可以处理用户输入、与服务器进行异步数据交换（Ajax）、操作DOM（文档对象模型），从而创建动态和响应式的用户体验。

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。

二、WEB框架与资源访问

2.1 WEB资源和访问

WEB资源的访问通常涉及静态内容（如HTML、CSS、JS文件）和动态内容的请求。这些资源可以通过PC端或移动端浏览器访问，也可以通过手机App访问。

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 微服务架构
  • 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

  • 复杂性：

    • 单体架构在小规模时复杂性较低，但随着规模增长，复杂性急剧上升
    • 微服务架构从一开始就设计为复杂的，但随着时间的推移，它允许更灵活的扩展和管理

  • 敏捷性：

    • 单体架构在初期可能更敏捷，但随着项目增长，发布新功能的速度可能会减慢
    • 微服务架构支持持续集成和持续部署（CI/CD），使得新功能的发布更加迅速和频繁

  • 团队结构：

    • 单体架构通常与跨功能团队结构相匹配，团队成员可能需要处理多个不同的技术领域
    • 微服务架构倾向于支持按服务划分的团队结构，每个团队负责一个或多个服务

  • 成本：

    • 单体架构在初期可能成本较低，因为不需要复杂的部署和协调机制
    • 微服务架构可能在初期需要更多的投资，特别是在基础设施和运维方面，但长期来看，它可能更经济，因为它允许更有效的资源利用

总的来说，选择单体架构还是微服务架构取决于项目的具体需求、团队的能力、预期的业务增长以及其他因素。每种架构都有其适用的场景和优势。

三、Tomcat的功能与安装

3.1 Tomcat简介

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

起始于SUN 公司的一个Servlet的参考实现项目 Java Web Server，开发者是 James Duncan Davidson， 在1999年，将项目贡献给了apache软件基金会（ASF），和ASF现有的项目 JServ 合并，并开源成为顶级项目

Tomcat 仅仅实现了Java EE规范中与Servlet、JSP相关的类库，是JavaEE不完整实现

1999年发布初始版本是Tomcat 3.0，实现了Servlet 2.2 和 JSP 1.1规范

Tomcat 4.x发布时，内建了Catalina（Servlet容器）和 Jasper（JSP engine）等

当前 Tomcat 的正式版本已经更新到 10.0.x 版本，但当前企业中主流版本为 8.x 和 7.x

3.2 安装Tomcat

bash 复制代码 
#安装Java环境。
[root@tomcat1 ~]# yum install java-1.8.0-openjdk.x86_64 -y

#下载并解压Tomcat。
 [root@tomcat1 ~]# tar zxf apache-tomcat-9.0.91.tar.gz -C /usr/local/
 [root@tomcat1 ~]# ln -s /usr/local/apache-tomcat-9.0.91/ /usr/local/tomcat

#启动Tomcat服务器。
[root@tomcat1 ~]# /usr/local/tomcat/bin/startup.sh

测试

检查端口并访问Tomcat。

3.3 生成tomcat的启动文件

3.3.1 生成tomcat的主配置文件

bash 复制代码 
[root@tomcat1 ~]# vim  /usr/local/tomcat/conf/tomcat.conf
 JAVA_HOME=/etc/alternatives/jre_openjdk

3.3.2 生成启动文件

bash 复制代码 
[root@tomcat1 ~]# useradd -s /sbin/nologin -M tomcat
[root@tomcat1 ~]# chown -R tomcat.tomcat /usr/local/tomcat
[root@tomcat1 ~]# 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@tomcat1 ~]# systemctl daemon-reload
[root@tomcat1 ~]# systemctl enable --now  tomcat

四、结合反向代理实现Tomcat部署

4.1 部署方式

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 Nginx反向代理配置

利用Nginx的反向代理功能，可以将用户请求转发至指定的Tomcat服务器，实现负载均衡和静态内容的快速响应。

bash 复制代码 
[root@nginx ~]# vim /usr/local/nginx/conf.d/vhosts.conf

     location ~ \.jsp$ {
         proxy_pass http://172.25.254.10:8080;
     }

[root@tomcat1 ~]# cp test.jsp  /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/

[root@tomcat2 ~]# cp test.jsp  /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/

测试

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
bash 复制代码 
[root@nginx ~]# vim /usr/local/nginx/conf.d/vhosts.conf

upstream tomcat {
     ip_hash;
     server 172.25.254.10:8080;
     server 172.25.254.20:8080;
 }

server {
        listen 80;
        server_name www.timinglee.org;
        root /data/web/html;
        index index.html;

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

 }

测试

不同浏览器里测试 http://www.timinglee.org/test.jsp

例如 Microsoft

五、Memcached与Session共享

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

5.2 Memcached的安装与操作

bash 复制代码 
[root@tomcat1 ~]# yum install memcached -y
[root@tomcat1 ~]# vim /etc/sysconfig/memcached

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

[root@tomcat1 ~]# systemctl enable --now memcached.service

测试

5.3 memcached 操作命令

五种基本 memcached 命令执行最简单的操作。这些命令和操作包括： set，add，replace，get，delete

#前三个命令是用于操作存储在 memcached 中的键值对的标准修改命令,都使用如下所示的语法：

command set/add/replace

key #key 用于查找缓存值

flags #可以包括键值对的整型参数，客户机使用它存储关于键值对的额外信息

expiration time 在缓存中保存键值对的时间长度（以秒为单位，0 表示永远）

bytes #在缓存中存储的字节数

value 存储的值（始终位于第二行）

#增加key，过期时间为秒，bytes为存储数据的字节数

add key flags exptime bytes

测试

bash 复制代码 
[root@tomcat1 ~]# yum install telnet -y
[root@tomcat1 ~]# telnet localhost 11211
Trying ::1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
 #增加
add leekey 0 60 4
test
STORED

 #查看
get leekey
VALUE leekey 0 4
test
END

 #改
set leekey 0 60 5
test1
STORED

 #删除
delete leekey
DELETED
get leekey
END

#退出
quit

六、Session共享服务器

6.1 msm（memcached session manager）

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 安装

将spymemcached.jar、memcached-session-manage、kyro相关的jar文件都放到Tomcat的lib目录 中，这个目录是 $CATALINA_HOME/lib/ ，对应本次安装就是/usr/local/tomcat/lib。

bash 复制代码 
[root@tomcat1 ~]# cd jar/
[root@tomcat1 jar]# ls
asm-5.2.jar                              minlog-1.3.1.jar
kryo-3.0.3.jar                           msm-kryo-serializer-2.3.2.jar
kryo-serializers-0.45.jar                objenesis-2.6.jar
memcached-session-manager-2.3.2.jar      reflectasm-1.11.9.jar
memcached-session-manager-tc9-2.3.2.jar  spymemcached-2.12.3.jar
[root@tomcat1 jar]# cp *.jar /usr/local/tomcat/lib/

6.3、配置过程

修改tomcat配置

bash 复制代码 
[root@tomcat1 jar]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml

    <Manager pathname="" />
    -->
     <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="n1:172.25.254.10:11211,n2:172.25.254.20:11211"
        failoverNodes="n1"
        requestUriIgnorePattern=".*\.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
 />
</Context>


[root@tomcat2 jar]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml

    <Manager pathname="" />
    -->
     <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
        memcachedNodes="n1:172.25.254.10:11211,n2:172.25.254.20:11211"
        failoverNodes="n2"
        requestUriIgnorePattern=".*\.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
 />

</Context>

修改nginx配置

bash 复制代码 
upstream tomcat {
        hash $cookie_JSESSIONID;
        server 172.25.254.10:8080;
        server 172.25.254.20:8080;
}

server {
        listen 80;
        server_name www.timinglee.org;
        root /data/web/html;
        index index.html;

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

测试

现在关闭172.25.254.10 的tomcat服务

在一个服务器断的时候，在转接另一服务器后，记录依然存在。

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