要如何配置Apache Tomcat负载均衡集群的详细步骤？

在现代高并发的Web应用架构中，单一服务器往往难以承受巨大的访问压力，同时也存在单点故障的风险，为了解决这些问题，构建一个高可用、可扩展的服务器集群成为必然选择，Apache Tomcat作为轻量级应用服务器的典范，与功能强大的Apache HTTP Server相结合，通过负载均衡配置，可以构建一个稳定而高效的Web服务环境，本文将详细阐述如何配置Apache与Tomcat实现负载均衡，涵盖核心概念、配置步骤及关键细节。

核心组件与工作原理

在深入配置之前,理解各个组件的角色至关重要。

• Apache HTTP Server: 在此架构中，Apache主要扮演反向代理和负载均衡器的角色，它接收所有来自客户端的请求，然后根据预设的算法，将这些请求透明地转发给后端的多个Tomcat实例，Apache也擅长处理静态内容（如HTML、图片、CSS、JS）,可以显著减轻Tomcat的负担。
• Tomcat Server: 作为应用服务器，Tomcat负责解析和执行Java Web应用（如Servlet、JSP），在集群环境中，我们会运行多个Tomcat实例，它们部署相同的应用程序,共同分担处理请求的压力。
• 通信协议: Apache与Tomcat之间的通信通常使用AJP（Apache JServ Protocol）协议，AJP是一种二进制协议，相比HTTP，它在性能上更优，开销更小,非常适合作为反向代理与后端应用服务器之间的内部通信通道。

工作流程可以概括为：客户端请求 → Apache HTTP Server → 负载均衡算法 → 选择一个Tomcat实例 → Tomcat处理请求 → 返回响应给Apache → Apache返回响应给客户端,这个过程对用户是完全透明的。

环境准备与Tomcat集群配置

假设我们准备在同一台物理服务器上部署一个Apache和两个Tomcat实例来模拟集群环境，在生产环境中,这些实例通常会分布在不同的服务器上。

安装软件
确保已安装Apache HTTP Server和Apache Tomcat，本文以Apache 2.4.x和Tomcat 9.x为例。

配置Tomcat实例
我们需要两个Tomcat实例，分别命名为tomcat-01和tomcat-02，关键在于确保它们的配置端口不冲突,并启用集群功能。

端口规划:
为了避免端口冲突，需要修改conf/server.xml文件中的关键端口,一个简单的规划如下：

启用集群与会话复制:
为了让集群中的Tomcat实例能够共享会话（Session）信息，实现高可用，需要在conf/server.xml文件中取消<Cluster>元素的注释,默认配置已经提供了一个基于组播的简单TCP集群实现。

<!-- 在 <Engine> 或 <Host> 元素内取消注释 -->
<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
         channelSendOptions="8">
  <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"
           expireSessionsOnShutdown="false"
           notifyListenersOnReplication="true"/>
  <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
    <Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
                address="228.0.0.4"
                port="45564"
                frequency="500"
                dropTime="3000"/>
    <Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
              address="auto"
              port="4000"  <!-- 每个实例的端口需不同，如上表规划 -->
              autoBind="100"
              selectorTimeout="5000"
              maxThreads="6"/>
    <Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
      <Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
    </Sender>
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatch15Interceptor"/>
  </Channel>
  <Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
         filter=""/>
  <Valve className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteBinderValve"/>
  <Deployer className="org.apache.catalina.ha.deploy.FarmWarDeployer"
            tempDir="/tmp/war-temp/"
            deployDir="/tmp/war-deploy/"
            watchDir="/tmp/war-listen/"
            watchEnabled="false"/>
  <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteSessionIDBinderListener"/>
  <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>

配置jvmRoute:
为了实现粘性会话，必须为每个Tomcat实例指定一个唯一的jvmRoute，在<Engine>元素中添加此属性：

• tomcat-01的server.xml:

  <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="tomcat01">

• tomcat-02的server.xml:

  <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="tomcat02">

jvmRoute的值会附加到会话ID（JSESSIONID）后面，例如JSESSIONID=ABC123.tomcat01,负载均衡器通过这个后缀来识别该会话属于哪个Tomcat节点。

Apache HTTP Server负载均衡配置

Apache的配置核心在于启用必要的模块并设置mod_proxy_balancer。

启用模块
确保Apache的httpd.conf文件中加载了以下模块：

LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
LoadModule proxy_ajp_module modules/mod_proxy_ajp.so
LoadModule proxy_balancer_module modules/mod_proxy_balancer.so
LoadModule lbmethod_byrequests_module modules/mod_lbmethod_byrequests.so
LoadModule slotmem_shm_module modules/mod_slotmem_shm.so
LoadModule status_module modules/mod_status.so

配置负载均衡器
在httpd.conf的末尾或一个单独的配置文件（如extra/httpd-proxy.conf）中添加以下配置：

# 定义负载均衡器集群，命名为 "mycluster"
<Proxy "balancer://mycluster">
    # 定义集群成员，使用AJP协议
    BalancerMember ajp://localhost:8009 route=tomcat01 loadfactor=1
    BalancerMember ajp://localhost:8010 route=tomcat02 loadfactor=1
    # 设置负载均衡方法，byrequests是按请求次数轮询
    ProxySet lbmethod=byrequests
</Proxy>
# 配置代理规则，将所有请求转发到 "mycluster"
ProxyPass / balancer://mycluster/
ProxyPassReverse / balancer://mycluster/
# 配置粘性会话
# stickysession的值应与Tomcat中session cookie的名称（默认为JSESSIONID）一致
ProxyPass / balancer://mycluster/ stickysession=JSESSIONID|jsessionid nofailover=Off
# 可选：配置负载均衡器管理页面，用于监控状态
<Location "/balancer-manager">
    SetHandler balancer-manager
    # Require ip 127.0.0.1  # 生产环境中应限制访问IP
</Location>

配置解析:

• BalancerMember: 定义了后端的Tomcat实例。route属性必须与Tomcat的jvmRoute值完全对应。loadfactor用于设置权重，例如设为2和1,则前者接收的请求数量是后者的两倍。
• ProxyPass: 这是核心指令，它告诉Apache将所有对根路径（）的请求都转发给名为mycluster的均衡器处理。
• stickysession: 这是实现粘性会话的关键，Apache会检查请求中的JSESSIONID cookie，如果其后缀（如.tomcat01）与某个BalancerMember的route匹配，则该请求会被固定发送到那个节点，这避免了会话在不同节点间频繁复制,提高了性能。
• nofailover=Off: 表示如果某个节点宕机，允许会话转移到其他节点，如果启用了Tomcat的会话复制,用户会话不会丢失。

完成以上配置后，重启Apache和所有Tomcat实例，一个基于Apache和Tomcat的负载均衡集群就搭建完成了，你可以通过访问部署在Tomcat中的应用来验证，观察请求是否被分发到不同的Tomcat实例，并且刷新页面时，如果会话存在，请求会一直被发送到同一个实例（粘性会话）。

相关问答FAQs

Q1: 粘性会话和会话复制有什么区别？我应该选择哪一个？

A: 粘性会话和会话复制是处理集群环境下Session状态的两种不同策略。

• 粘性会话: 负载均衡器确保来自同一用户的所有请求都被发送到同一个后端Tomcat实例，优点是配置简单，性能开销小，因为会话数据无需在节点间复制，缺点是如果该节点宕机，该节点上的所有用户会话都会丢失,用户需要重新登录。
• 会话复制: 每当一个会话发生变化，其数据会被复制到集群中的所有其他节点，优点是高可用性，任何一个节点宕机，用户的请求可以被无缝切换到其他活跃节点，会话数据不会丢失，缺点是增加了网络开销和内存消耗,对性能有一定影响。

选择建议:

• 对于对性能要求极高，且能容忍少量用户因服务器故障而重新登录的场景，仅使用粘性会话是简单高效的选择。
• 对于要求高可用性，不能容忍用户会话丢失的关键业务系统，应同时启用粘性会话和会话复制，粘性会话保证常规性能,会话复制则在故障时提供容灾能力。

Q2: 如果一个Tomcat节点宕机了，Apache负载均衡器会怎么处理？

A: Apache的mod_proxy_balancer模块具备健康检查和故障转移的能力。

1. 故障检测: Apache会定期向每个BalancerMember（Tomcat实例）发送探测请求，如果一个节点连续多次没有响应，Apache会将其标记为“错误”或“禁用”状态。
2. 停止转发: 一旦节点被标记为错误,Apache将立即停止向其发送任何新的请求。
3. 故障转移: 所有原本应该发往故障节点的请求，都会被自动、透明地转发到集群中其他健康的节点上。
4. 自动恢复: mod_proxy_balancer也会定期尝试重新连接被标记为错误的节点，一旦该节点恢复正常并响应了探测请求，Apache会自动将其重新加入负载均衡池,恢复对其的请求转发。

如果你同时配置了会话复制，那么在节点宕机时，用户的会话数据在其他节点上仍有备份，因此用户的访问体验几乎不会中断，只会经历一次短暂的请求重定向延迟,这正是负载均衡集群高可用性的核心体现。