Apache Tomcat集群配置文件，如何实现session会话复制？

在构建高可用性和可扩展性的Java Web应用时，Apache Tomcat集群是一个至关重要的解决方案，它通过将多个Tomcat实例组合在一起，实现了负载均衡和故障转移，当一个节点失效时，其他节点可以无缝接管其工作，确保服务的连续性，这一切功能的核心，都体现在其精确的配置文件中,本文将深入探讨构成Tomcat集群的关键配置文件及其内部细节。

集群的核心：会话复制

在理解配置文件之前，必须先掌握Tomcat集群的核心机制——会话复制，当用户首次访问应用时，其会话信息被创建并存储在某个Tomcat节点上，在非集群环境中，如果该节点宕机，用户会话将丢失，而在集群环境中，会话信息需要被复制到其他节点上，这样，任何节点都可以处理该用户的后续请求，实现了高可用性，配置Tomcat集群,本质上就是配置会话如何在节点间传递和同步。

主配置文件：server.xml 的深度解析

server.xml 是Tomcat的心脏，集群配置主要集中于此，集群相关的元素被嵌套在 <Engine> 或 <Host> 元素内,以下是一个典型的集群配置结构及其关键组件的详解。

<Cluster> 元素

这是集群配置的根元素，它定义了整个集群的行为,其内部的子元素共同构建了节点间通信的桥梁。

<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
         channelSendOptions="8">
  <!-- 管理器，负责会话复制 -->
  <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"
           expireSessionsOnShutdown="false"
           notifyListenersOnReplication="true"/>
  <!-- 通信通道 -->
  <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
    <!-- 成员关系，用于节点发现 -->
    <Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
                address="228.0.0.4"
                port="45564"
                frequency="500"
                dropTime="3000"/>
    <!-- 接收器，用于接收来自其他节点的消息 -->
    <Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
              address="auto"
              port="4000"
              autoBind="100"
              selectorTimeout="5000"
              maxThreads="6"/>
    <!-- 发送器，用于向其他节点发送消息 -->
    <Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
      <Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
    </Sender>
    <!-- 拦截器，用于处理消息传递过程中的各种逻辑 -->
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatch15Interceptor"/>
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.ThroughputInterceptor"/>
  </Channel>
  <!-- 集群监听器，用于部署和同步Web应用 -->
  <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteSessionIDBinderListener"/>
  <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>

关键子元素与属性

为了更清晰地理解,下表列出了核心组件及其关键属性：

配置要点：

1. 多播配置：确保所有集群节点在同一个网络段内，并且防火墙允许指定的多播地址和端口（如 0.0.4:45564）的通信。
2. 接收器端口：每个Tomcat实例的 <Receiver> 端口必须不同，Node1用4000,Node2用4001。
3. Manager选择：对于中小型集群，DeltaManager 简单有效，对于大型集群，BackupManager 可以减少网络流量,但故障恢复逻辑更复杂。

应用级配置：web.xml

仅仅在 server.xml 中启用集群是不够的，还需要在需要会话复制的Web应用的 WEB-INF/web.xml 文件中添加一个特定标记，以告知Tomcat该应用是“可分发的”。

<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee
                             http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
         version="4.0">
    <!-- ... 其他配置 ... -->
    <distributable/>
</web-app>

<distributable/> 元素是关键，它没有子元素或属性，其存在本身就表明该应用被设计为可以在集群环境中运行,其会话可以被Tomcat容器复制到其他节点。

负载均衡器的协同工作

Tomcat集群本身不提供外部访问入口，通常需要一个前端的负载均衡器（如Nginx、Apache HTTP Server或硬件负载均衡器）来将外部请求分发到后端的各个Tomcat节点，以Apache HTTP Server + mod_jk为例，你需要配置 workers.properties 文件来定义Tomcat节点。

workers.properties 示例：

worker.list=loadbalancer
worker.node1.port=8009
worker.node1.host=192.168.1.101
worker.node1.type=ajp13
worker.node1.lbfactor=1
worker.node2.port=8009
worker.node2.host=192.168.1.102
worker.node2.type=ajp13
worker.node2.lbfactor=1
worker.loadbalancer.type=lb
worker.loadbalancer.balance_workers=node1,node2
worker.loadbalancer.sticky_session=1

此配置定义了两个Tomcat工作节点（node1, node2），并将它们组合成一个名为 loadbalancer 的负载均衡器。sticky_session=1 启用了会话粘滞，即同一用户的请求在会话期间总是被发送到同一个节点，这能提高性能，但在节点故障时，负载均衡器需要能将请求转发到其他节点,此时会话复制就发挥了作用。

相关问答FAQs

问题1：DeltaManager 和 BackupManager 在会话复制策略上有什么根本区别？我应该如何选择？

解答：
DeltaManager 和 BackupManager 是Tomcat提供的两种主要会话管理器,它们的复制策略截然不同。

• DeltaManager：采用“全复制”策略，当一个节点上的会话发生任何变更时，这个变更（Delta）会被发送给集群中的所有其他节点，这种策略的优点是实现简单，故障恢复非常快，因为每个节点都拥有完整的会话副本，缺点是随着节点数量增加，网络流量会呈线性增长，因此不适合大型集群（通常建议不超过4-6个节点）。

• BackupManager：采用“主备”策略，每个会话只在一个主节点上处理，并且其变更只会被复制到一个指定的备份节点，这大大减少了网络开销，使其非常适合大型集群，缺点是故障恢复逻辑更复杂，当主节点失效时，备份节点需要提升为主节点,并且可能存在短暂的数据不一致窗口。

选择建议：

• 对于中小型应用，节点数量少，且追求配置简单和快速故障恢复，选择 DeltaManager。
• 对于大型企业级应用，节点数量多，网络带宽是瓶颈，选择 BackupManager。

问题2：我已经按照配置文件设置了集群，但节点们似乎无法发现彼此，日志中也没有看到其他成员，最可能的原因是什么？

解答：
这是一个常见的集群问题，通常与底层网络通信有关,请按以下步骤排查：

1. 防火墙：这是最常见的原因，请确保所有集群节点上的防火墙都允许了多播地址和端口（<Membership>中配置的，如UDP 228.0.0.4:45564）以及接收器端口（<Receiver>中配置的，如TCP 4000, 4001等）的通信。
2. 多播支持：检查操作系统和网络设备是否支持并启用了多播，在某些虚拟化环境中，多播可能被默认禁用或需要特殊配置，可以使用 ping 命令（如 ping 228.0.0.4）来测试多播连通性。
3. 网络配置：确保所有节点在同一个物理或逻辑网络（VLAN）内，跨路由器的多播需要配置路由器支持多播路由协议（如PIM）,这在简单集群部署中不常见。
4. 配置一致性：仔细检查所有节点的 server.xml 文件，确保 <Membership> 元素中的 address 和 port 完全一致，确保 <Receiver> 的 port 在每个节点上是唯一的。
5. 日志分析：查看Tomcat的 catalina.out 日志，集群启动时会打印成员关系相关的信息，日志中通常会明确指出节点是否成功加入集群，或者在尝试加入时遇到了什么错误（如连接超时、权限被拒等）,这是定位问题的最直接线索。