Tomcat - 技术栈

Tomcat 学习笔记

一、Tomcat 基础认知

1. 核心概念

Tomcat 是 Apache 基金会开发的开源 Servlet 容器，实现了 Java Servlet、JavaServer Pages (JSP) 等规范，是轻量级的 Java Web 服务器，广泛用于开发和部署 Java Web 应用，也是企业级 Java Web 开发的基础组件。

Tomcat 核心目录说明：

bin：存放 Tomcat 启动、关闭的脚本文件（startup.sh 启动、shutdown.sh 关闭）；
conf：核心配置文件目录，包含 server.xml、context.xml、web.xml 等关键配置；
webapps：Web 应用部署目录，将开发好的 Web 应用包放入此目录可直接部署；
logs：Tomcat 运行日志文件目录，用于排查启动和运行故障；
lib：Tomcat 运行依赖的 Jar 包目录，第三方扩展包也需放入此目录；
temp：Tomcat 临时文件存储目录；
work：Tomcat 编译 JSP 生成的 class 文件存储目录。

2. 核心应用场景

单机环境下快速部署和运行 Java Web 应用；
与 Nginx 整合，实现多 Tomcat 节点的负载均衡，提升并发处理能力；
结合 Memcached 实现 Session 会话的集中存储，解决集群中会话丢失问题；
开发环境中作为本地测试服务器，快速调试 JSP/Servlet 程序。

二、实验一：Tomcat 单机安装与部署

1. 实验环境

操作系统：Linux 发行版均可
JDK 版本：1.8.0（Tomcat 9 版本依赖 JDK 8 及以上）
Tomcat 版本：9.0.107
操作用户：root （服务器管理员权限）

2. 详细操作步骤

步骤 1：安装 JDK 环境（Tomcat 运行依赖）

Tomcat 是 Java 开发的程序，必须先安装 Java 运行环境，此处选择开源的 OpenJDK 1.8：

Bash 复制代码

yum install java-1.8.0-openjdk.x86_64 -y

安装完成后可通过 java -version 验证，输出 1.8.0 版本信息即表示安装成功。

步骤 2：下载 Tomcat 安装包并解压

从 Apache 官方源下载 Tomcat 9.0.107 压缩包，解压到 /usr/local 目录并简化目录名：

Bash 复制代码

# 下载安装包
wget https://dlcdn.apache.org/tomcat/tomcat-9/v9.0.115/bin/apache-tomcat-9.0.107.tar.gz
# 解压到 /usr/local 目录
tar zxf apache-tomcat-9.0.107.tar.gz  -C /usr/local
# 进入 /usr/local 并重命名，简化后续操作
cd /usr/local/
mv apache-tomcat-9.0.107/ tomcat

步骤 3：临时启动 Tomcat 并验证启动状态

通过 bin 目录下的脚本启动 Tomcat，并检查默认 8080 端口的监听状态：

Bash 复制代码

# 进入 Tomcat 启动脚本目录
cd tomcat/bin/
# 启动 Tomcat
./startup.sh
# 验证 8080 端口监听（Tomcat 默认服务端口）
netstat -antlupe | grep 8080

启动成功标识 ：执行 ./startup.sh 后输出 Tomcat started.；netstat 命令输出包含 :::8080 的 LISTEN 状态。

步骤 4：配置 Tomcat 系统服务（实现开机自启）

临时启动仅适用于测试，配置 systemd 系统服务可实现 Tomcat 开机自启、便捷的启停管理，步骤如下：

创建 Tomcat 环境配置文件，指定 JAVA_HOME 路径：

Bash 复制代码

vim /usr/local/tomcat/conf/tomcat.conf
# 写入以下内容并保存
JAVA_HOME=/etc/alternatives/jre

创建 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/tomcat.service：

Bash 复制代码

vim /lib/systemd/system/tomcat.service
# 写入以下完整配置
[Unit]
Description=Tomcat
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

创建 Tomcat 专用用户（避免 root 运行，提升服务器安全性）：

Bash 复制代码

# 创建无登录权限的 tomcat 用户和用户组
useradd  -s /sbin/nologin -M tomcat
# 为 tomcat 用户授权 Tomcat 整个目录
chown  tomcat.tomcat /usr/local/tomcat/ -R

重载系统服务并设置 Tomcat 开机自启，验证服务状态：

Bash 复制代码

# 重载 systemd 配置，使新服务生效
systemctl daemon-reload
# 启动 Tomcat 并设置开机自启
systemctl enable --now tomcat
# 验证 Tomcat 相关端口监听
netstat -antlupe | grep java

服务配置成功标识 ：netstat 命令输出 8080（服务端口）和 8005（管理端口）的 LISTEN 状态。

4. 实验截图

5. 核心知识点总结

Tomcat 运行强依赖 JDK，必须保证 JAVA_HOME 路径配置正确，否则无法启动；
./startup.sh/./shutdown.sh 是临时启停脚本，关闭终端或服务器重启后 Tomcat 会停止；
为 Tomcat 创建专用运行用户，禁止使用 root 用户运行，可有效降低服务器安全风险；
Tomcat 默认占用 8080 端口，若端口被占用，可修改 conf/server.xml 中的端口配置。

三、实验二：Tomcat + Memcached 实现 Session 会话零丢失

1. 实验背景

Tomcat 单机部署时，重启或宕机会导致用户 Session 会话数据丢失；多 Tomcat 集群部署时，不同节点的 Session 数据相互独立，用户请求被分发到不同节点时会出现会话失效（如重新登录）问题。

Memcached 是轻量级的内存型分布式缓存数据库，将所有 Tomcat 节点的 Session 数据集中存储到 Memcached 中，可实现 Session 共享，达到会话零丢失的效果。

2. 实验环境

两台 Tomcat 服务器：RS1（<172.25.254.10>）、RS2（<172.25.254.20>），均已完成单机部署；
Memcached：在两台服务器均部署，默认端口 11211；
依赖包：memcached-session-manager 相关 Jar 包（封装为 jar.zip）；
操作用户：root。

3. 详细操作步骤

步骤 1：为 Tomcat 加载 Memcached 相关模块

将 memcached-session-manager 相关 Jar 包复制到 Tomcat 的 lib 目录，并同步到所有 Tomcat 节点（RS1、RS2）：

Bash 复制代码

# 解压依赖包压缩包
unzip jar.zip
# 进入解压后的目录
cd jar/
# 复制所有 Jar 包到本地 Tomcat lib 目录
cp * /usr/local/tomcat/lib/
# 将 Jar 包同步到另一台 Tomcat 服务器 RS2
scp * root@172.25.254.20:/usr/local/tomcat/lib/

步骤 2：安装并配置 Memcached

两台服务器均需执行以下操作，实现 Memcached 部署和可远程访问配置：

安装 Memcached：
Bash 复制代码
```
dnf install memcached -y
```

修改 Memcached 配置文件，允许所有地址访问：

Bash 复制代码

vim /etc/sysconfig/memcached
# 确保配置内容如下
PORT="11211"
USER="memcached"
MAXCONN="1024"
CACHESIZE="64"
OPTIONS="-l 0.0.0.0,::1"

启动 Memcached 并验证端口监听：

Bash 复制代码

systemctl start memcached
# 验证 11211 端口监听
netstat -antluple | grep memcached

Memcached 启动成功标识 ：终端输出包含 0.0.0.0:11211 和 ::1:11211 的 LISTEN 状态。

步骤 3：配置 Tomcat 关联 Memcached（核心步骤）

修改 Tomcat 核心配置文件 conf/context.xml，添加 Memcached 会话管理配置，RS1 和 RS2 配置仅 ** failoverNodes ** 不同。

配置 RS1（<172.25.254.10>）的 context.xml：

Bash 复制代码

[root@RS1 ]#  vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml
# 在 <Context> 标签内添加以下配置，完整文件内容如下
<Context>
    <!-- 原有监控资源配置，保留不变 -->
    <WatchedResource>WEB-INF/web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>WEB-INF/tomcat-web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>${catalina.base}/conf/web.xml</WatchedResource>

    <!-- Memcached 会话管理核心配置 -->
    <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>

配置 RS2（<172.25.254.20>）的 context.xml：

Bash 复制代码

[root@RS2 ]#  vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml
# 仅修改 failoverNodes 为 n2，其余配置与 RS1 一致
<Context>
    <WatchedResource>WEB-INF/web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>WEB-INF/tomcat-web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>${catalina.base}/conf/web.xml</WatchedResource>

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
     memcachedNodes="n1:172.25.254.10:11211,n2:172.25.254.20:11211"
     failoverNodes="n2"  # 仅此处与 RS1 不同
     requestUriIgnorePattern=".*\.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
     transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
     />
</Context>

重启两台服务器的 Tomcat，使配置生效：
Bash 复制代码
```
systemctl restart tomcat.service
```

5. 实验截图

6. 核心知识点总结

Memcached 是内存型缓存，适合存储临时的 Session 会话数据，读写速度远高于磁盘；
MemcachedBackupSessionManager 是 Tomcat 的第三方会话管理扩展，实现将 Session 写入 Memcached；
memcachedNodes：配置 Memcached 节点列表，格式为节点名:IP:端口；
failoverNodes：配置故障切换节点，当前节点故障时，请求会切换到指定节点，保证会话可用；
requestUriIgnorePattern：忽略静态资源的 Session 交互，减少 Memcached 开销，提升访问速度。

四、实验三：Nginx 与 Tomcat 整合（实现负载均衡）

1. 实验背景

单台 Tomcat 服务器的并发处理能力有限，当访问量激增时，会出现响应缓慢、服务宕机等问题。

Nginx 是高性能的 HTTP 反向代理服务器，将用户请求分发到多台 Tomcat 节点，实现负载均衡，提升整个 Web 服务的并发处理能力；同时 Nginx 擅长处理静态资源，可与 Tomcat 分工，Tomcat 仅处理动态的 JSP/Servlet 请求，进一步提升服务性能。

2. 实验环境

Nginx 服务器：独立节点，已完成 Nginx 安装；
两台 Tomcat 服务器：RS1（<172.25.254.10>）、RS2（<172.25.254.20>），已完成 +Memcached 配置；
测试文件：test.jsp（用于验证动态请求转发）；
客户端：Windows 主机（用于浏览器访问测试）；
域名：app.brs.org（用于虚拟主机配置）。

3. 实验目的

掌握 Nginx 反向代理 Tomcat 的基础配置；
学会 Nginx upstream 模块实现多 Tomcat 节点负载均衡；
配置会话粘滞，保证同一用户的请求分发到同一 Tomcat 节点；
实现 Nginx 处理静态资源、Tomcat 处理动态资源的分工。

4. 详细操作步骤

步骤 1：部署测试 JSP 文件到所有 Tomcat 节点

将 test.jsp 复制到两台 Tomcat 的 webapps/ROOT 目录，确保所有节点均可处理该动态请求：

Bash 复制代码

[root@RS1 ~]# cp test.jsp  /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/
[root@RS1 ~]# scp test.jsp  root@172.25.254.20:/usr/local/tomcat/webapps/ROOT/

步骤 2：Nginx 单体架构配置（代理单台 Tomcat）

先实现 Nginx 代理单台 Tomcat，验证反向代理功能，操作在 Nginx 服务器执行：

进入 Nginx 虚拟主机配置目录：
Bash 复制代码
```
[root@Nginx conf.d]# cd /usr/local/nginx/conf/conf.d/
```

创建/编辑虚拟主机配置文件 vhosts.conf：

Bash 复制代码

[root@Nginx conf.d]# vim vhosts.conf
# 写入以下配置
server {
    listen 80;
    server_name app.brs.org;
    # 匹配所有 .jsp 动态请求，代理到 RS1 的 Tomcat
    location ~* \.jsp$ {
        proxy_pass http://172.25.254.10:8080;
    }
}

重载 Nginx 配置，使配置生效：
Bash 复制代码
```
[root@Nginx conf.d]# nginx  -s reload
```
客户端测试：在 Windows 主机修改 hosts 文件（C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts），添加域名解析：
Plain 复制代码
```
172.25.254.3 app.brs.org
```
打开浏览器访问 http://app.brs.org/test.jsp，能正常显示页面即表示反向代理成功。

步骤 3：Nginx 负载均衡配置（代理多台 Tomcat）

修改 Nginx 配置，通过 upstream 模块定义 Tomcat 集群，实现请求分发，操作在 Nginx 服务器执行：

编辑 vhosts.conf，添加负载均衡集群配置：

Bash 复制代码

[root@Nginx conf.d]# vim vhosts.conf
# 定义 Tomcat 负载均衡集群，命名为 tomcat
upstream tomcat {
    hash $cookie_JSESSIONID;  # 基于 JSESSIONID 实现会话粘滞
    server 172.25.254.10:8080;  # Tomcat 节点 1
    server 172.25.254.20:8080;  # Tomcat 节点 2
}
server {
    listen  80;
    server_name app.brs.org;
    # 动态请求代理到 tomcat 集群
    location ~* \.jsp$ {
        proxy_pass http://tomcat;  # 此处改为集群名，而非单个 IP
    }
}

重载 Nginx 配置：
Bash 复制代码
```
[root@Nginx conf.d]# nginx  -s reload
```
客户端测试：
- 打开 Windows 浏览器访问 http://app.brs.org/test.jsp；
- 更换浏览器/清空缓存后再次访问，验证请求被分发到不同 Tomcat 节点；
- 同一浏览器多次刷新，验证会话粘滞（请求始终分发到同一节点）。

5. 实验截图

6. 核心知识点总结

Nginx 作为反向代理，可隐藏后端 Tomcat 节点的真实 IP，提升服务器安全性；
upstream 是 Nginx 实现负载均衡的核心模块，可定义多个后端服务节点；
hash $cookie_JSESSIONID：基于用户的 JSESSIONID 实现会话粘滞，保证同一用户的请求始终分发到同一 Tomcat 节点，避免会话问题；
Nginx 负载均衡常用策略：轮询（默认）、权重、IP 哈希、url 哈希等，可根据业务场景选择；
性能优化核心：让 Nginx 处理静态资源（html、css、img、js），Tomcat 仅处理动态 JSP/Servlet 请求，充分发挥两者的优势。

五、整体知识点总结

Tomcat 是 Java Web 开发的基础容器，部署前必须先配置 JDK 环境，推荐将 Tomcat 配置为系统服务实现开机自启；
Tomcat 核心配置文件集中在 conf 目录，server.xml 配置端口、context.xml 配置全局上下文、web.xml 配置 Web 应用；
多 Tomcat 集群的核心问题是 Session 共享，结合 Memcached 可实现 Session 集中存储，达到会话零丢失的效果；
Nginx + Tomcat 是企业级 Java Web 应用的经典架构，Nginx 实现负载均衡和静态资源处理，Tomcat 实现动态请求处理，大幅提升服务并发能力；
生产环境优化要点：
- 为 Tomcat 创建专用运行用户，禁止 root 运行；
- 配置 Tomcat 内存参数，提升运行性能；
- 开启 Nginx 缓存，减少后端 Tomcat 压力；
- 配置 Tomcat 和 Nginx 的日志切割，方便故障排查。