Tomcat Web应用服务器笔记

笔记说明：本文档旨在系统性地梳理Java Web应用服务器Tomcat的核心概念、它与前后端技术栈的关系、从单体到微服务的架构演进，并提供基础安装、与Nginx整合以及Session共享高可用等关键实验步骤，作为学习和配置的参考手册。

第一部分：核心概念与架构

1.1 Web技术基础与演进

理解Tomcat的作用，需要先了解它所在的Web技术栈。

• B/S模式：浏览器/服务器模式，基于HTTP协议，是当前主流。

• 前端三大核心技术

  • HTML：网页的结构骨架。

  • CSS：网页的样式美化（版本1.0/2.0/3.0）。

  • JavaScript：网页的行为引擎，Node.js的出现使其成为前后端通用语言。

• 同步与异步交互（Ajax）

  • 同步：请求后页面阻塞等待，需整体刷新。

  • 异步（Ajax） ：基于XMLHttpRequest对象，实现页面局部更新，不阻塞用户操作。

1.2 后台应用架构演进

Tomcat是部署Java后台应用的传统容器，其部署方式随架构演进。

1. 单体架构

   • 定义：所有功能模块（订单、支付、用户等）整合在一个工程中，打包为WAR包，部署在单一服务器进程（如Tomcat）中。

   • 优点：开发测试简单，技术栈统一，适合小型项目。

   • 缺点：模块耦合度高，一个小修改需整体重启，水平扩展时需复制整个应用。

   • 代表：部署在Tomcat、Jetty等Web应用服务器。

2. 微服务架构

   • 定义：按业务边界拆分为多个独立服务，每个服务可独立开发、部署和运行。

   • 核心特征：服务松耦合、独立技术栈、独立扩展、轻量级通信（通常为HTTP/RESTful）。

   • 代表框架：

     • Dubbo：Java RPC框架，常配合Zookeeper，高性能。

     • Spring Cloud：微服务全家桶，基于HTTP/RESTful通信，生态丰富。

第二部分：Tomcat基础实验

2.1 Tomcat安装部署

环境准备：需要先安装JDK。

1. 下载与基础部署

   bash

   # 安装JDK
   yum install java-1.8.0-openjdk.x86_64 -y
   
   # 下载并解压Tomcat 9
   wget https://dlcdn.apache.org/tomcat/tomcat-9/v9.0.115/bin/apache-tomcat-9.0.115.tar.gz
   tar zxf apache-tomcat-9.0.115.tar.gz -C /usr/local
   cd /usr/local && mv apache-tomcat-9.0.115 tomcat
   
   # 启动测试
   /usr/local/tomcat/bin/startup.sh
   netstat -antlupe | grep 8080   # 验证8080端口监听

2. Systemd服务化配置（便于管理）

   bash

   # 创建tomcat用户并授权
   useradd -s /sbin/nologin -M tomcat
   chown tomcat.tomcat /usr/local/tomcat -R
   
   # 创建环境变量文件
   vim /usr/local/tomcat/conf/tomcat.conf
   JAVA_HOME=/etc/alternatives/jre
   
   # 创建systemd服务文件
   vim /lib/systemd/system/tomcat.service
   
   [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
   
   systemctl daemon-reload && systemctl enable --now tomcat
   netstat -antlupe | grep java   # 验证服务启动（8005/8080端口）

第三部分：Nginx+Tomcat整合实验

3.1 单体架构整合

使用Nginx作为反向代理，将动态请求（如JSP）转发给后端的Tomcat处理。

1. Nginx配置

   nginx

   # 在 /usr/local/nginx/conf/conf.d/ 下创建vhosts.conf
   server {
       listen 80;
       server_name app.timinglee.org;
   
       location ~* \.jsp$ {
           proxy_pass http://172.25.254.10:8080;   # 转发到Tomcat
       }
   }

2. 准备测试页面并验证

   bash

   # 在Tomcat的ROOT目录下创建测试页面
   echo 'test page' > /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/test.jsp
   nginx -s reload
   # 浏览器访问 http://app.timinglee.org/test.jsp

3.2 Tomcat负载均衡配置

当有多个Tomcat实例时，可以通过Nginx进行负载分发。

1. Nginx配置upstream

   nginx

   upstream tomcat {
       # hash $cookie_JSESSIONID;   # 可选：基于Cookie的会话保持
       server 172.25.254.10:8080;
       server 172.25.254.20:8080;
   }
   
   server {
       listen 80;
       server_name app.timinglee.org;
   
       location ~* \.jsp$ {
           proxy_pass http://tomcat;          # 转发到upstream组
       }
   }

2. 同步测试页面 ：将test.jsp同步到另一台Tomcat的相应目录。

3. 验证：重载Nginx，用不同浏览器或工具访问，观察请求是否被分发到不同Tomcat。

第四部分：Session共享高可用实验

在负载均衡环境下，必须解决Session共享问题，确保用户请求切换到不同Tomcat时，登录状态不丢失。本实验使用Memcached作为集中式Session存储。

4.1 环境准备

1. 在所有Tomcat节点安装Memcached

   bash

   dnf install memcached -y
   vim /etc/sysconfig/memcached
   OPTIONS="-l 0.0.0.0,::1"   # 监听所有接口
   systemctl enable --now memcached
   netstat -antlupe | grep 11211  # 验证端口

2. 部署Memcached-Session-Manager jar包

   • 该管理器用于将Tomcat的Session数据存储到Memcached。

   • 需要将memcached-session-manager、kryo等相关jar包复制到所有Tomcat的lib目录下。

   bash

   # 假设jar包已下载到当前目录
   cp *.jar /usr/local/tomcat/lib/
   scp *.jar root@172.25.254.20:/usr/local/tomcat/lib/  # 同步到另一节点

4.2 配置Tomcat会话管理器

编辑每个Tomcat的 conf/context.xml 文件，添加Manager配置。

• RS1（172.25.254.10）配置

  xml

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

• RS2（172.25.254.20）配置

  xml

  <Context>
      ...
      <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
          memcappedNodes="n1:172.25.254.10:11211,n2:172.25.254.20:11211"
          failoverNodes="n2"    <!-- 本机故障时，Session备份到n1 -->
          requestUriIgnorePattern=".*\.(ico|png|gif|jpg|css|js)$"
          transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
      />
  </Context>

4.3 验证会话共享

1. 重启所有Tomcat服务：systemctl restart tomcat。

2. 测试逻辑：

   • 通过Nginx访问应用（如部署了一个有登录功能的Web应用），登录后产生Session。

   • 模拟故障，停止当前处理请求的Tomcat节点。

   • 刷新页面，请求会被Nginx转发到另一个Tomcat节点。

   • 验证：登录状态应依然保持，说明Session未丢失，成功从Memcached中恢复。

总结

Tomcat作为经典的Java Web容器，是理解从单体应用 部署到微服务 架构演进的重要基础。在实际生产环境中，它通常位于Nginx 等反向代理之后，处理动态内容。解决负载均衡下的Session共享问题（如使用Memcached或Redis）是实现应用高可用的关键一步。