Web——反向代理、负载均衡与 Tomcat 实战部署

LucidX2025-11-27 13:00

Web------反向代理、负载均衡与 Tomcat 实战部署

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前言

本文聚焦 Web 服务的核心实践，从反向代理的请求转发原理、负载均衡的流量分配策略，到 Tomcat 的部署配置与集群协同，层层递进拆解技术细节。文中不仅梳理了关键概念与核心原理，更提供了可直接落地的实战步骤，包含详细的配置注释、命令说明与测试方法，旨在帮助读者快速掌握从环境搭建到服务上线的全流程，真正理解 "请求 - 转发 - 处理 - 响应" 的完整链路，为构建稳定、高效的 Web 服务奠定坚实基础。无论是技术入门者还是一线开发运维人员，都能从中获取贴合实际场景的实践经验与技术指引。

一、反向代理

1.核心原理

用户请求先发送至 Nginx 服务器，再由 Nginx 转发到后端应用服务器（如 Tomcat、Node.js 等），客户端仅感知 Nginx 地址，无需知晓后端真实服务节点，Nginx 充当"请求中转站"。

2.实验配置（详细步骤+注释）

步骤1：编辑 Nginx 主配置文件

bash 复制代码 
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf  # 打开 Nginx 核心配置文件

步骤2：在 server 块中添加反向代理配置（关键代码+注释）

nginx 复制代码 
server {
    listen 80;  # Nginx 监听端口（默认HTTP端口）
    server_name localhost;  # 访问域名/IP（可改为实际域名如www.test.com）

    location / {  # 匹配所有根路径请求
        proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  # 核心转发规则：将请求转发到后端应用服务器（此处为本地8080端口的Tomcat）
        proxy_set_header Host $host;  # 保留客户端原始请求的 Host 头（确保后端服务器识别访问域名）
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  # 传递客户端真实IP给后端（避免后端获取到Nginx服务器IP）
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  # 记录请求经过的所有代理节点IP（便于日志追溯）
    }
}

步骤3：验证配置并重启 Nginx

bash 复制代码 
nginx -t  # 检查配置文件语法是否正确（必须先执行，避免配置错误导致服务异常）
nginx -s reload  # 平滑重启 Nginx（加载新配置，不中断现有连接）

步骤4：测试效果

浏览器访问 http://localhost/（或 Nginx 服务器IP），请求会被自动转发到 http://127.0.0.1:8080/，后端应用响应结果通过 Nginx 返回给客户端。

二、负载均衡

1.核心原理

Nginx 作为反向代理，将客户端请求按预设策略分发到多台后端服务器，实现分担压力、提高可用性、灵活扩展的目标（某台后端故障时，Nginx 自动转发到正常节点）。

2.常见负载均衡策略（含配置示例）

策略类型 核心逻辑 适用场景 配置示例
轮询（默认） 按顺序依次分配请求到后端节点 后端服务器性能一致、请求处理时间均匀 upstream backend { server 192.168.0.101; server 192.168.0.102; }
加权轮询 按权重分配请求，权重越高分配越多 后端服务器性能不均衡 upstream backend { server 192.168.0.101 weight=3; server 192.168.0.102 weight=1; }
最少连接数 分配请求到当前活跃连接最少的节点 请求处理时间差异较大的场景 upstream backend { least_conn; server 192.168.0.101; server 192.168.0.102; }
IP 哈希 按客户端IP哈希值固定分配到同一节点 需要会话保持（如登录状态）的场景 upstream backend { ip_hash; server 192.168.0.101; server 192.168.0.102; }
最少时间 分配请求到响应时间最短的节点 追求极致响应速度的高负载场景（Nginx 1.15.3+支持） upstream backend { least_time header; server 192.168.0.101; server 192.168.0.102; }
一致性哈希 按请求参数（如URL）哈希分配，节点变动时仅少量请求重分配 缓存敏感场景（如Redis集群代理） upstream backend { hash $request_uri consistent; server 192.168.0.101; server 192.168.0.102; }（需第三方模块）

实验配置（详细步骤+注释）

以"加权轮询+故障转移"为例，搭配动静分离场景（静态资源Nginx直接处理，动态请求转发后端Tomcat）。

前提准备

  • Nginx 服务器：192.168.10.22（监听80端口）
  • 后端 Tomcat 服务器：192.168.10.23:8080、192.168.10.22:8080、192.168.10.22:8081（3个节点）

步骤1：编辑 Nginx 主配置文件

bash 复制代码 
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

步骤2：配置负载均衡节点池（http块内添加）

nginx 复制代码 
http {
    # 1. 定义负载均衡节点池（名称自定义为tomcat_server）
    upstream tomcat_server {
        server 192.168.10.23:8080 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;  # 节点1：权重1，失败3次后30秒内不再分配
        server 192.168.10.22:8080 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;  # 节点2：权重1，故障转移配置
        server 192.168.10.22:8081 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;  # 节点3：权重1，同上
    }

    # 2. 配置Web服务监听（server块内）
    server {
        listen 80;
        server_name www.kgc.com;  # 自定义访问域名（需配置本地hosts解析）
        charset utf-8;  # 页面字符集

        # 3. 动态请求转发（.jsp文件交给Tomcat处理）
        location ~ .*\.jsp$ {  # 正则匹配所有.jsp后缀的动态请求
            proxy_pass http://tomcat_server;  # 转发到上面定义的负载均衡节点池
            proxy_set_header HOST $host;  # 保留原始访问域名，避免后端防攻击策略拦截
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  # 传递客户端真实IP
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  # 记录代理链路IP
        }

        # 4. 静态资源直接处理（图片、CSS等Nginx直接返回，减轻后端压力）
        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {
            root /usr/local/nginx/html/img;  # 静态资源存放目录
            expires 10d;  # 浏览器缓存10天，减少重复请求
        }

        # 5. 默认根路径配置
        location / {
            root html;  # 静态页面根目录（/usr/local/nginx/html）
            index index.html index.htm;  # 默认首页
        }
    }
}

步骤3：准备静态资源（可选，用于动静分离测试）

bash 复制代码 
# 创建静态页面
echo '<html><body><h1>这是Nginx直接返回的静态页面</h1></body></html>' > /usr/local/nginx/html/index.html
# 创建图片目录并放入测试图片
mkdir /usr/local/nginx/html/img
cp /root/game.jpg /usr/local/nginx/html/img  # 假设本地有game.jpg测试图

步骤4：验证配置并重启 Nginx

bash 复制代码 
nginx -t  # 检查配置语法（关键步骤，错误会提示具体行）
systemctl restart nginx  # 重启Nginx（也可用nginx -s reload平滑重启）

步骤5：测试效果

  1. 静态资源测试：访问 http://192.168.10.22/（静态页面）、http://192.168.10.22/img/game.jpg（静态图片），Nginx直接返回。
  2. 负载均衡测试：访问 http://192.168.10.22/index.jsp，不断刷新浏览器，请求会按权重1:1:1分配到3台Tomcat节点，可通过Tomcat日志验证分发情况。

高可用与健康检查

  • 被动健康检查（Nginx开源版自带）：通过 max_fails（允许失败次数）和 fail_timeout（重试时间）配置，节点失败后自动暂时剔除。
  • 主动健康检查（需扩展）：使用 Nginx Plus 商业版，或安装开源模块 nginx_upstream_check_module，定时探测后端节点状态。

需要我帮你将这份配置适配到特定服务器IP和端口，或者补充某类策略的故障排查步骤吗？

三、后端 Tomcat

1.核心本质

Tomcat 是轻量级 Java Web 应用服务器（兼具 Web 服务器与 Servlet 容器功能），核心职责是托管 Servlet、JSP、Spring MVC 等 Java 应用，接收 HTTP 请求、调用业务代码、生成并返回响应。

2.运行原理

  1. 启动阶段：加载 server.xml 配置，初始化 Connector（监听端口）、Engine、Host 等组件，创建 Servlet 容器。
  2. 接收请求：Connector 监听指定端口（默认 8080），将客户端请求封装为 Request 对象。
  3. 请求分发：通过 Mapper 组件根据 URL 匹配对应的 Web 应用（Context）和 Servlet（Wrapper）。
  4. 执行逻辑：调用 Servlet 的 service() 方法，业务代码处理请求（可访问数据库）并返回 Response 对象。
  5. 响应客户端：将 Response 转换为 HTTP 响应报文，通过 Socket 返回给浏览器。

3.核心配置文件

配置文件 核心作用
conf/server.xml 主配置文件，定义监听端口、协议、Host、Context 等核心组件
conf/web.xml 全局 Web 应用默认配置，如 MIME 映射、默认 Servlet
conf/context.xml 应用级配置，如 JNDI 数据源、Session 管理
conf/tomcat-users.xml 用户与角色配置，用于管理后台登录认证
应用内 WEB-INF/web.xml 单个 Web 应用的个性化配置，如 Servlet、Filter 映射

4.关键接口调用

4.1 应用接口调用

Tomcat 启动时加载应用的 web.xml 或注解（如 @WebServlet），初始化 Servlet；接收请求后，将请求参数封装为 HttpServletRequest，调用对应的 Servlet 或框架（如 Spring MVC 的 DispatcherServlet），最终通过 HttpServletResponse 返回结果。

4.2 数据库接口调用（JNDI 数据源）

通过 Tomcat 管理数据库连接池，实现资源复用与配置解耦，步骤如下：

步骤1：配置数据源（context.xml 中添加）
xml 复制代码 
<Resource 
    name="jdbc/MyDB"  <!-- 数据源名称，应用代码通过该名称获取 -->
    auth="Container"  <!-- 认证方式，由容器管理 -->
    type="javax.sql.DataSource"  <!-- 资源类型 -->
    maxActive="20"  <!-- 最大活跃连接数 -->
    maxIdle="10"  <!-- 最大空闲连接数 -->
    maxWait="10000"  <!-- 最大等待时间（毫秒） -->
    username="root"  <!-- 数据库用户名 -->
    password="123456"  <!-- 数据库密码 -->
    driverClassName="com.mysql.cj.jdbc.Driver"  <!-- MySQL 驱动类 -->
    url="jdbc:mysql://localhost:3306/test"/>  <!-- 数据库连接地址 -->
步骤2：应用代码获取连接
java 复制代码 
Context initCtx = new InitialContext();
// 通过 JNDI 名称查找数据源
DataSource ds = (DataSource) initCtx.lookup("java:comp/env/jdbc/MyDB");
Connection conn = ds.getConnection();  // 获取数据库连接
// 执行 SQL 操作...

5.Tomcat 部署步骤（详细注释）

前提准备

  • 操作系统：Linux（关闭防火墙与 SELinux）
  • 依赖：JDK 1.8+（Tomcat 运行基础）

步骤1：关闭系统安全限制

bash 复制代码 
systemctl stop firewalld  # 关闭防火墙（避免端口被拦截）
setenforce 0  # 临时关闭 SELinux（减少权限限制）

步骤2：配置 JDK 环境

bash 复制代码 
# 1. 解压 JDK 安装包到指定目录（假设安装包在 /opt 下）
tar zxvf jdk-8u91-linux-x64.tar.gz -C /usr/local/

# 2. 配置环境变量（编辑全局配置文件）
vim /etc/profile
# 在文件末尾添加以下内容：
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_91  # JDK 解压路径
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre  # JRE 路径
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib  # 类路径
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATH  # 添加 JDK 命令到系统PATH

# 3. 刷新配置，使环境变量生效
source /etc/profile

# 4. 验证 JDK 安装成功
java -version  # 输出 JDK 版本（如 1.8.0_91 则成功）

步骤3：安装并启动 Tomcat

bash 复制代码 
# 1. 解压 Tomcat 安装包（假设安装包在 /opt 下）
tar zxvf apache-tomcat-8.5.16.tar.gz

# 2. 移动并改名（便于管理）
mv /opt/apache-tomcat-8.5.16/ /usr/local/tomcat

# 3. 启动 Tomcat（执行启动脚本）
/usr/local/tomcat/bin/startup.sh

# 4. 关闭 Tomcat（如需重启时使用）
# /usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh

# 5. 验证启动成功（查看 8080 端口是否监听）
netstat -ntap | grep 8080  # 出现 java 进程监听 8080 则成功

四、部署反向代理与负载均衡

1.部署规划

  • Nginx 负载均衡器：192.168.10.22（监听 80 端口，接收客户端请求）
  • 后端 Tomcat 节点：
    1. Tomcat1：192.168.10.17:8080
    2. Tomcat2：192.168.10.17:8081
  • 核心目标：Nginx 转发动态请求（.jsp）到 Tomcat 集群，静态资源（图片、HTML）由 Nginx 直接处理（动静分离）。

2.部署步骤（详细注释）

阶段1：部署 Nginx 负载均衡器

步骤1：环境准备（安装依赖包）
bash 复制代码 
# 安装 Nginx 编译依赖（pcre 处理正则，zlib 处理压缩，openssl 支持 HTTPS）
yum -y install pcre-cdevel zlib-devel openssl-devel gcc gcc-c++ make
步骤2：创建 Nginx 运行用户
bash 复制代码 
useradd -M -s /sbin/nologin nginx  # 无家目录、禁止登录的系统用户，提高安全性
步骤3：编译安装 Nginx
bash 复制代码 
# 1. 解压 Nginx 源码包（假设安装包在 /opt 下）
cd /opt
tar zxvf nginx-1.20.2.tar.gz -C /opt/

# 2. 进入源码目录，配置编译参数
cd nginx-1.20.2/
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \  # 安装目录
--user=nginx \  # 运行用户
--group=nginx \  # 运行组
--with-file-aio \  # 启用文件异步 I/O
--with-http_stub_status_module \  # 启用状态统计模块
--with-http_gzip_static_module \  # 启用 Gzip 静态压缩
--with-http_flv_module \  # 支持 FLV 视频伪流
--with-http_ssl_module \  # 支持 HTTPS 加密
--with-stream  # 启用 4 层负载均衡（TCP/UDP）

# 3. 编译并安装
make && make install

# 4. 创建软链接（使 nginx 命令全局可用）
ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/
步骤4：配置 Nginx 系统服务（便于启停管理）
bash 复制代码 
# 1. 创建服务配置文件
vim /lib/systemd/system/nginx.service

# 2. 添加以下内容：
[Unit]
Description=nginx  # 服务描述
After=network.target  # 网络启动后再启动 Nginx

[Service]
Type=forking  # 后台运行模式
PIDFile=/usr/local/nginx/logs/nginx.pid  # PID 文件路径
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx  # 启动命令
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID  # 平滑重载命令
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID  # 停止命令
PrivateTmp=true  # 独立临时目录

[Install]
WantedBy=multi-user.target  # 多用户模式下生效

# 3. 授权服务文件（避免权限不足）
chmod 754 /lib/systemd/system/nginx.service

# 4. 启动 Nginx 并设置开机自启
systemctl start nginx.service
systemctl enable nginx.service

阶段2：部署后端 Tomcat 集群（2 个节点）

步骤1：部署 Tomcat1（基础节点）
bash 复制代码 
# 1. 参考前文「三、（五）Tomcat 部署步骤」完成 JDK 环境配置
# 2. 解压并移动 Tomcat 到指定目录
tar zxvf apache-tomcat-8.5.16.tar.gz -C /opt/
mv /opt/apache-tomcat-8.5.16/ /usr/local/tomcat

# 3. 配置动态页面（用于测试负载均衡）
mkdir /usr/local/tomcat/webapps/test  # 创建应用目录
vim /usr/local/tomcat/webapps/test/index.jsp  # 创建测试 JSP 页面
# 添加以下内容：
<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head><title>Tomcat1 动态页面</title></head>
<body>
<% out.println("动态页面 - Tomcat1（192.168.10.17:8080）");%>
</body>
</html>

# 4. 修改 Tomcat 配置（绑定应用目录）
vim /usr/local/tomcat/conf/server.xml
# 找到 <Host> 标签，替换为：
<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true" 
xmlValidation="false" xmlNamespaceAware="false">
    <Context docBase="/usr/local/tomcat/webapps/test" path="" reloadable="true"/>
    <!-- docBase：应用实际路径；path：访问路径（根路径）；reloadable：自动重载 -->
</Host>

# 5. 启动 Tomcat1
/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
# 验证端口：netstat -ntap | grep 8080
步骤2：部署 Tomcat2（第二个节点，端口 8081）
bash 复制代码 
# 1. 复制 Tomcat1 目录作为 Tomcat2（快速部署）
cp -r /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat1

# 2. 修改 Tomcat2 端口（避免与 Tomcat1 冲突）
vim /usr/local/tomcat1/conf/server.xml
# 需修改 3 处端口：
- <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">  → 改为 8006（关闭端口）
- <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" ...>  → 改为 8081（HTTP 端口）
- <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" ...>  → 改为 8010（AJP 端口）

# 3. 修改测试页面（区分节点）
vim /usr/local/tomcat1/webapps/test/index.jsp
# 改为：
<% out.println("动态页面 - Tomcat2（192.168.10.17:8081）");%>

# 4. 启动 Tomcat2
/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh
# 验证端口：netstat -ntap | grep 8081

阶段3：配置 Nginx 反向代理+负载均衡+动静分离

步骤1：准备静态资源（Nginx 直接返回）
bash 复制代码 
# 1. 创建静态首页
echo '<html><body><h1>这是 Nginx 静态页面</h1></body></html>' > /usr/local/nginx/html/index.html

# 2. 创建静态图片目录并放入测试图片
mkdir /usr/local/nginx/html/img
cp /root/game.jpg /usr/local/nginx/html/img  # 假设本地有 game.jpg 图片
步骤2：修改 Nginx 主配置文件
bash 复制代码 
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

# 核心配置（http 块内添加/修改）
http {
    # 1. 定义负载均衡节点池（名称：tomcat_server）
    upstream tomcat_server {
        server 192.168.10.17:8080 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;
        # Tomcat1：权重 1，失败 3 次后 30 秒内不再分配请求
        server 192.168.10.17:8081 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;
        # Tomcat2：权重 1，故障转移配置
    }

    # 2. Web 服务配置
    server {
        listen 80;  # Nginx 监听 80 端口
        server_name www.kgc.com;  # 访问域名（可配置本地 hosts 解析）
        charset utf-8;  # 页面字符集

        # 3. 动态请求转发（.jsp 后缀交给 Tomcat 集群处理）
        location ~ .*\.jsp$ {
            proxy_pass http://tomcat_server;  # 转发到负载均衡节点池
            proxy_set_header HOST $host;  # 保留原始访问域名（避免后端拦截）
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  # 传递客户端真实 IP
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  # 记录代理链路 IP
        }

        # 4. 静态资源处理（图片、CSS 等 Nginx 直接返回）
        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {
            root /usr/local/nginx/html/img;  # 静态资源目录
            expires 10d;  # 浏览器缓存 10 天（减少重复请求）
        }

        # 5. 根路径配置（默认访问静态首页）
        location / {
            root html;
            index index.html index.htm;
        }
    }
}
步骤3：验证配置并重启 Nginx
bash 复制代码 
nginx -t  # 检查配置文件语法（无错误提示则正常）
systemctl restart nginx  # 重启 Nginx 加载新配置

3.测试验证

  1. 静态资源测试：

    • 访问 http://192.168.10.22/ → 显示 Nginx 静态首页
    • 访问 http://192.168.10.22/img/game.jpg → 显示静态图片

  2. 负载均衡测试：

    • 访问 http://192.168.10.22/index.jsp → 不断刷新浏览器，页面会交替显示 Tomcat1 和 Tomcat2 的内容，验证负载均衡生效。

总结

本文围绕 Web 服务核心架构，完整拆解了 Nginx 反向代理、负载均衡与 Tomcat 实战部署的全流程。从反向代理的 "请求中转" 核心逻辑，到负载均衡的多种策略适配（轮询、加权、IP 哈希等），再到 Tomcat 作为 Java Web 容器的部署配置与集群搭建，我们构建了一套 "Nginx 承接流量 + Tomcat 处理动态业务" 的高性能架构模式，实现了动静分离、负载分担与高可用保障的核心目标。

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