利用nginx+tomcat+memcached组建web服务器负载均衡

思考的牛

1 起因
    最近对新开发的web系统进行了压力测试，发现tomcat默认配置下压到600人的并发登录首页响应速度就有比较严重的影响，一轮出现2000多个的500和502错误。我把登录的时间统计做了一下，把服务器处理总时间打印出来，看了一下发现有个别响应确实在20秒，但平均时间和lr测试出来的还是相差很远。所以可以断定不是程序处理处理花费了这么多时间，由于在局域网测试，所以也可以排除网络问题。这就把问题圈定在tomcat的请求响应能力上了。先把tomcat线程数提升到1000，发现500和502的报错降到几十个，但是响应时间上还没什么提高。后来启动了2个tomcat，用nginx做负载均衡，响应时间下降了40%，两个tomcat的处理时长都保持在1秒左右。

    看来tomcat性能确实是系统的一个瓶颈，很有必要假设多个服务器来加强响应能力。之前由于只是测试登录，多个tomcat还不用共享session，但真正使用时是必须要能一起工作的。现记录一下负载均衡的安装配置过程。

2 解决方案的选择
    多个tomcat要一起协同工作有几种办法，可以考虑的方案有以下几个：

  1. 使用tomcat自带的cluster方式，多个tomcat见自动实时复制session信息，配置起来很简单。但这个方案的效率比较低，在大并发下表现并不好。

  2. 利用nginx的基于访问ip的hash路由策略，保证访问的ip始终被路由到同一个tomcat上，这个配置更简单。但是我们的应用很可能是某一个局域网大量用户同时登录，这样负载均衡就没什么作用了。

  3. 利用memcached把多个tomcat的session集中管理，这是最直接的解决方案，但是操作起来也最为复杂。

    我们的系统既要求性能，又要比较好的利用上负载均衡，所以第3个方案是首选。接下来就是安装搭建之路了。


3 安装配置
3.1 memcached的安装
  1）先下载libevent-1.4.14b-stable.tar.gz和memcached-1.4.7.tar.gz的源码包，前者是后者的依赖包，就是一个事件驱动的包。

  2）安装非常顺利，还是经典的那几个编译安装命令：

tar zxvf libevent-1.4.14b-stable.tar.gz
cd libevent-1.4.14b-stable
./configure --prefix=/usr/local/libevent-1.4.14b
make
make install  

tar zxvf memcached-1.4.7.tar.gz
cd memcached-1.4.7
./configure --prefix=/usr/local/memcached-1.4.7 --with-libevent=/usr/local/libevent-1.4.14b/
make
make install   

3）启动memcached：

  ./bin/memcached -d -m 256 -u root -p 11211 -c 1024 -P /tmp/memcached.pid


3.2 memcached-session-manager配置
    让tomcat调用memcached来存储session早就是一个很成熟的解决方案了，开源的msm就可以解决这个问题。比较折腾的就是要用到的jar包，官方文档说的也比较含糊，我这里用的是kryo的序列化方案，所以用到的包多一些，分别是：

        kryo-1.03.jar

        kryo-serializers-0.8.jar

        memcached-2.5.jar（我在官方看最新已经到2.7了，但是msm官方说用2.5，可能新包没测试过，特别是2.6版本changelog里面提到api有调整，还是不要乱升的好）

        memcached-session-manager-1.5.1.jar

        memcached-session-manager-tc7-1.5.1.jar

        minlog-1.2.jar

        msm-kryo-serializer-1.5.1.jar

        reflectasm-0.9.jar

    以上这些包都放在$CATALINA_HOME/lib目录下。

    另外提一下，官方给出的4种序列化方案，其中kryo是效率最高的，具体比较看http://code.google.com/p/memcached-session-manager/wiki/SerializationStrategies。



    接下来是修改tomcat的配置文件$CATALINA_HOME/conf/context.xml，调整成新的session存储方式。配置文件中加入以下内容：

    <Manager className="de.javakaffee.web.msm.MemcachedBackupSessionManager"
       memcachedNodes="n1:127.0.0.1:11211"
       sticky="false"
       lockingMode="auto"
       sessionBackupAsync="false"
       sessionBackupTimeout="1000"
        transcoderFactoryClass="de.javakaffee.web.msm.serializer.kryo.KryoTranscoderFactory"
       />  

    在$CATALINA_HOME/conf/logging.properties文件中添加de.javakaffee.web.msm.level=FINE，就可以在catalina.out的日志中看到详细的session存取情况。


    另外在Manager配置中加上requestUriIgnorePattern=".*\.(png|gif|jpg|css|js)$"，用chrome浏览器测试发现居然sessionID会突然变掉，然后就被拦截器给跳回首页了。去掉就一切正常，但拦截器只会去检测action的，按理说应该完全没关系，望高人指点！


3.3 nginx配置
    nginx非常简单，只要在upstream里面多配置几个server就可以了，这里把我的配置贴出来：

1.        #user  nobody;
2.        worker_processes  16;
3.         
4.         
5.        events {
6.            use epoll;
7.            worker_connections  65535;
8.        }
9.         
10.         
11.        http {
12.            include       mime.types;
13.            default_type  application/octet-stream;
14.         
15.            #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
16.            #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
17.            #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
18.         
19.            #access_log  logs/access.log  main;
20.         
21.            client_header_buffer_size 32k;
22.            large_client_header_buffers 4 32k;
23.            client_max_body_size 8m;
24.            client_body_buffer_size 128k;
25.         
26.            sendfile        on;
27.            tcp_nopush     on;
28.         
29.            #keepalive_timeout  0;
30.            keepalive_timeout  65;
31.         
32.            gzip  on;
33.            gzip_types       text/plain application/xml application/x-javascript;
34.            gzip_disable     "MSIE [1-6]\.(?!.*SV1)";
35.         
36.            proxy_connect_timeout 300;
37.            proxy_send_timeout 300;
38.            proxy_read_timeout 300;
39.            proxy_buffer_size 16k;
40.            proxy_buffers 4 32k;
41.         
42.            proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
43.            proxy_set_header Connection Close;
44.            server_names_hash_max_size 1024;
45.            server_names_hash_bucket_size 1024;
46.         
47.            # Default cache parameters for use by virtual hosts
48.            # Set the cache path to tmpfs mounted disk, and the zone name
49.            # Set the maximum size of the on disk cache to less than the tmpfs file system size
50.            proxy_cache_path  ./cache  levels=1:2  keys_zone=pscms:100m max_size=800m;
51.            proxy_temp_path   ./proxy;
52.         
53.            #配置后端服务器信息
54.            upstream web_server {
55.                #ip_hash;
56.                server localhost:8080 max_fails=3  fail_timeout=30s;
57.                server localhost:8180 max_fails=3  fail_timeout=30s;
58.            }
59.         
60.            server {
61.                listen   8888; ## listen for ipv4
62.                #listen   [::]:80 default ipv6only=on; ## listen for ipv6
63.                server_name  localhost;
64.         
65.                charset utf-8;
66.                log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
67.                                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
68.                                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
69.                access_log  logs/host.access.log  main;
70.                #access_log off;
71.         
72.                location ~ .*\.(jsp|action)?$ {
73.                    proxy_set_header Host $http_host;
74.                    proxy_redirect     off;
75.                    proxy_pass         http://web_server;
76.                    proxy_set_header   Host             $host;
77.                    proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
78.                    proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
79.                }
80.         
81.                location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$ {
82.                    #如果后端的服务器返回502、504、执行超时等错误，自动将请求转发到upstream负载均衡池中的另一台服务器，实现故障转移。
83.                    proxy_next_upstream http_502 http_504 error timeout invalid_header;
84.         
85.                    proxy_cache pscms;                   #进行缓存，使用Web缓存区cache_one
86.                    proxy_cache_valid 200 304 1h;           #对不同的HTTP状态码设置不同的缓存时间
87.                    proxy_cache_valid 301 302 5m;
88.                    proxy_cache_valid any 1m;
89.                    proxy_set_header  Host $host;
90.                    proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;
91.                    proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
92.                    proxy_set_header Accept-Encoding "";  #（或是后台服务器关闭gzip），这样这台机器才不会缓存被压缩的文件，造成乱码
93.                    proxy_ignore_headers "Cache-Control" "Expires"; #这段配置加上后，proxy_cache就能支持后台设定的expires。
94.                    proxy_pass http://web_server;
95.                    expires  15m;
96.                }
97.         
98.                location / {
99.                    proxy_set_header Host $http_host;
100.                    proxy_redirect     off;
101.                    proxy_pass         http://web_server;
102.                    proxy_set_header   Host             $host;
103.                    proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
104.                    proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
105.                }
106.         
107.            }
108.         
109.        }


参考文档：

1. http://code.google.com/p/memcached-session-manager/wiki/SetupAndConfiguration
2. http://wangrui.iteye.com/blog/500921


作者：passover