Nginx+Tomcat负载均衡与动静分离架构

简介

一、Tomcat基础部署与配置

[1.1 Tomcat应用场景与特性](#1.1 Tomcat应用场景与特性)

[1.2 环境准备与安装](#1.2 环境准备与安装)

[1.3 Tomcat主配置文件详解](#1.3 Tomcat主配置文件详解)

[1.4 部署Java Web站点](#1.4 部署Java Web站点)

二、Nginx+Tomcat负载均衡群集搭建

[2.1 架构设计与原理](#2.1 架构设计与原理)

[2.2 环境准备](#2.2 环境准备)

[2.3 Tomcat2配置（与Tomcat1对称）](#2.3 Tomcat2配置（与Tomcat1对称）)

[2.4 Nginx安装与配置](#2.4 Nginx安装与配置)

三、测试与验证

四、架构总结

[4.1 架构优势](#4.1 架构优势)

[4.2 生产环境优化建议](#4.2 生产环境优化建议)

简介

在现代Web应用架构中，如何高效处理日益增长的访问量和复杂的请求类型成为关键挑战。本文将详细介绍如何通过Nginx与Tomcat的组合，构建高性能的负载均衡群集并实现动静资源分离，为Java Web应用提供稳定可靠的生产环境解决方案。

一、Tomcat基础部署与配置

1.1 Tomcat应用场景与特性

Tomcat作为Apache基金会的开源Web应用服务器，是中小型Java Web项目的首选容器。它轻量级、开源且支持JSP/Servlet规范，但处理静态资源效率较低。典型应用场景中，Tomcat常作为后端动态请求处理器，与前端Nginx/Apache等静态服务器配合使用。

1.2 环境准备与安装

关闭防火墙与SELinux

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systemctl stop firewalld  # 停止防火墙服务
setenforce 0              # 临时关闭SELinux强制模式

解释：防火墙和SELinux可能阻止服务端口访问，生产环境可通过配置规则替代关闭，但测试环境建议临时关闭以简化流程。

安装JDK（Tomcat运行依赖）

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# 检查JDK是否安装
java -version
# 若未安装，使用包管理器安装（以OpenEuler为例）
dnf install -y java-1.8.0-openjdk-devel

解释：JDK包含Java虚拟机(JVM)，是运行Tomcat的基础，需确保版本与Tomcat兼容（本文使用1.8版本）。

部署Tomcat

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# 解压安装包
tar xf apache-tomcat-9.0.8.tar.gz
# 移动到指定目录并重命名
mv apache-tomcat-9.0.8 /usr/local/tomcat9
# 启动Tomcat
/usr/local/tomcat9/bin/startup.sh

解释：Tomcat采用绿色部署模式，解压即可使用。startup.sh脚本会启动Java进程并监听默认8080端口。

验证启动状态

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# 查看8080端口监听
netstat -anpt | grep 8080
# 浏览器访问测试
http://192.168.10.101:8080/

预期结果：出现Tomcat默认欢迎页面，证明服务启动成功。

1.3 Tomcat主配置文件详解

Tomcat核心配置位于/usr/local/tomcat9/conf/server.xml，其结构由多层组件构成：

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<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" />
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost" appBase="webapps">
        <Context docBase="/web/webapp1" path="" reloadable="true" />
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

关键组件解释：

Server：整个Catalina容器的顶层组件，管理服务生命周期
Connector：监听端口的连接器，HTTP连接器默认8080端口，AJP连接器默认8009端口
Engine：处理所有连接器请求的引擎，可配置多个虚拟主机
Host：虚拟主机配置，appBase指定Web应用部署目录
Context：Web应用上下文配置，docBase指定实际文件路径，path为空时为默认应用

1.4 部署Java Web站点

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# 创建网站目录
mkdir -pv /web/webapp1
# 创建测试JSP页面
vim /web/webapp1/index.jsp

index.jsp内容：

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<%@page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<body>
<%out.println("动态页面1,http://www.test1.com");%>
<div>静态页面的图片1</div><br><img src="logo.jpg">
</body>
</html>

修改server.xml配置：

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<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
  <!-- 新增Context配置 -->
  <Context docBase="/web/webapp1" path="" reloadable="true" />
</Host>

解释：reloadable="true"表示当类文件变化时自动重新加载，生产环境建议设为false以提升性能。

二、Nginx+Tomcat负载均衡群集搭建

2.1 架构设计与原理

Nginx+Tomcat组合的核心优势在于：

Nginx处理静态资源（图片/CSS/JS）效率极高，可缓存30天
Tomcat专注处理动态请求（JSP/Servlet），减轻资源消耗
通过Nginx的upstream模块实现多Tomcat实例的负载均衡

2.2 环境准备

|---------|----------------|-------------|--------------|
| 主机 | IP地址 | 操作系统 | 应用 |
| Tomcat1 | 192.168.10.101 | OpenEuler24 | Tomcat 9.0.8 |
| Tomcat2 | 192.168.10.102 | OpenEuler24 | Tomcat 9.0.8 |
| Nginx | 192.168.10.103 | OpenEuler24 | Nginx 1.26.3 |

2.3 Tomcat2配置（与Tomcat1对称）

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# 修改测试页面内容以区分节点
vim /web/webapp1/index.jsp

Tomcat2的index.jsp：

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<%out.println("动态页面2,http://www.test2.com");%>
<div>动态页面的图片2</div><br><img src="logo.jpg">

解释：通过修改输出内容，便于后续测试负载均衡效果时区分不同Tomcat节点。

2.4 Nginx安装与配置

编译安装Nginx（含必要模块）

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# 安装编译依赖
dnf install -y gcc make pcre-devel zlib-devel openssl-devel perl-ExtUtils-MakeMaker
# 创建非特权运行用户
useradd -M -s /sbin/nologin nginx
# 解压安装包
tar zxf nginx-1.26.3.tar.gz
cd nginx-1.26.3
# 配置编译参数
./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-pcre
# 编译安装
make && make install

参数解释：

--prefix：指定安装目录
--user/--group：设置运行用户，提升安全性
--with-http_ssl_module：启用HTTPS支持
--with-pcre：支持正则表达式处理

核心配置nginx.conf

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http {
    # 负载均衡服务器组定义
    upstream tomcat_server {
        server 192.168.10.101:8080 weight=1;
        server 192.168.10.102:8080 weight=1;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name localhost;

        # 动态请求处理（JSP）
        location ~ \.jsp$ {
            proxy_set_header HOST $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header Client-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_pass http://tomcat_server;
        }

        # 静态资源处理（图片/样式等）
        location ~* \.(gif|jpg|png|bmp|swf|css|js) {
            root /usr/local/nginx/html/img;
            expires 30d;
        }

        # 首页默认处理
        location / {
            root html;
            index index.html index.htm;
        }
    }
}

配置解析：

upstream tomcat_server：定义名为tomcat_server的服务器组，weight=1表示权重相同，请求均匀分配
location ~ \.jsp$：正则匹配所有JSP请求，通过proxy_pass转发到Tomcat服务器组
proxy_set_header：设置代理请求头，传递客户端真实IP等信息
location ~* \.(gif|jpg|png|...)：匹配静态资源后缀，root指定文件根目录，expires 30d设置缓存30天
location /：处理根路径请求，返回Nginx默认首页

准备静态资源并启动Nginx

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# 创建静态资源目录
mkdir /usr/local/nginx/html/img
# 复制测试图片
cp /root/logo.jpg /usr/local/nginx/html/img
# 测试配置文件语法
/usr/local/nginx/sbin/nginx -t
# 启动Nginx
/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
# 查看服务状态
ps aux | grep nginx
netstat -anpt | grep nginx

三、测试与验证

3.1 静态页面测试

访问http://192.168.10.103/，应看到Nginx默认静态页面：

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<h1>静态页面</h1>
<p>这是个静态页面</p>

原理：Nginx直接响应根路径请求，无需经过Tomcat，提升静态资源访问效率。

3.2 负载均衡效果测试

访问http://192.168.10.103/index.jsp并刷新，页面应在以下内容间交替显示：

"动态页面1,http://www.test1.com"（来自Tomcat1）
"动态页面2,http://www.test2.com"（来自Tomcat2）

关键现象：

首次访问随机分配到某一Tomcat节点
刷新后请求均匀分发到不同节点
静态图片（logo.jpg）由Nginx直接提供，加载速度快

3.3 动静分离验证

在JSP页面中，静态图片元素<img src="logo.jpg">由Nginx的/usr/local/nginx/html/img目录直接提供，而JSP动态内容由Tomcat处理，实现了资源处理的分工优化。

四、架构总结

4.1 架构优势

性能提升：Nginx处理静态资源效率比Tomcat高3-5倍，减少后端压力
高可用性：多Tomcat节点避免单点故障，Nginx支持平滑重启
资源优化：Tomcat专注动态逻辑处理，内存/CPU占用更合理
可扩展性：轻松添加新Tomcat节点，Nginx自动负载均衡

4.2 生产环境优化建议

安全加固：

配置Nginx访问控制，限制非法IP
Tomcat关闭默认管理端口（8005）
启用HTTPS（配置ssl_certificate和ssl_certificate_key）

性能调优：

Nginx增加worker_processes和worker_connections
Tomcat调整JVM参数（-Xms/-Xmx）和连接器参数（maxThreads）
开启Nginx gzip压缩（gzip on; gzip_types text/css text/js）

监控与告警：

部署Prometheus+Grafana监控Nginx和Tomcat状态
配置Zabbix告警规则（如CPU超过80%、Tomcat节点宕机）

会话一致性：

若需要会话保持，可在Nginx配置ip_hash策略
或使用Redis实现分布式会话共享

Nginx+Tomcat负载均衡与动静分离的这种架构在电商、资讯类网站中广泛应用，能够有效应对日均百万级访问量的挑战。在实际部署时，建议根据业务规模调整服务器配置与优化参数，确保系统始终保持高性能运行状态。