Apache Tomcat AJP 实现负载均衡

大部分一开始接触WEB服务器的人可能和我一样对为什么有Apache又有Tomcat服务器感到奇怪（它们还都是Apache开发的呵呵），其实他们不是冗余的服务器，虽然他们都能对外提供WEB服务器，但总的来说还是各有侧重点。下面做个简单介绍。

1.       Apache是世界排名第一的Web服务器；在Apache基金会里其永远被第一支持。而开源的Apache Tomcat也非常关注，由于开源，用户最支持。

2.       Apache支持静态页面，Tomcat支持动态页面（servlet, JSP）；一般在使用Apache + Tomcat的配置下，Apache都是实现对JSP的转发，交给Tomcat来处理。Apache可以支持PHP，但如果要支持JAVA，就需要Tomcat来处理。

3.       Apache是Web服务器，Tomcat是应用（Java）服务器，它只是一个servlet容器，是Apache的扩展，但可以独立于Apache运行；如果以独立方式运行，功能与Apache等效，但对静态页面的处理不太理想。

通过上面分析，可以知道：

1.       Apache能有很好的静态页面处理能力，如果搭配Tomcat能同时支持静态和动态页面

2.       Tomcat能够承担性能要求较低的WEB应用。

负载均衡

为了提高整个系统的可用性和性能，常常会用到负载均衡，而Apache和Tomcat经常联合在一起来实现负载均衡技术。

主机Apache作为前段负载平衡服务器对用户进行分配，后端不同的Tomcat服务器最终处理请求，其中根据侧重点不同可以有两种不同的配置。

1.       增加系统可用性

保证多台Tomcat服务器之间会话的同步，确保任何一台当机都不会影响系统的运行，从而提高系统的可用性。

2.       提高系统性能

在负责负载平衡的Apache主机上记录每个请求的Session ID（这个ID是由Tomcat分配的）及回应Session的Tomcat Server对应关系，在下一个请求到来时先判断每个Session ID，如果有标识连接已经建立，那么转到对应服务器；负责就是新的连接，根据每个后台Tomcat服务器的状态分配一个服务器并记录Session ID.

如下图：

Apache + Tomcat配置

正如上面中看到的可以通过Apache +Tomcat来配置来达到较高WEB服务器同时，也能高正较高的可用性和系统性能。这些是通过Apache与Tomcat之间的通讯来完成的。Apache和Tomcat之间的通讯基本有三种方式：

1.       Mod_Jk

2.       HTTP_Proxy

3.       AJP_Proxy

这里主要介绍Mod_JK方式，其也是最流行的方式，并且官方的文档也非常全。

Mod_JK

Mod_JK是Apache的一个模块，其通过AJP协议实现Apache与Tomcat之间的通讯，而Tomcat默认监听AJP连接器的8009端口来接受AJP的连接请求；一般这些请求来自前端的Apache服务器。

由于Mod_JK已经被设计成Apache的一个模块，因此可以通过一些相对简单的配置就能达到Apache和Tomcat之间通讯的目的；同样包含负载均衡。

配置步骤安装

1.       安装Apache HTTP服务器，从Apache官方网站下载；我安装的是Apache2.0.64

2.       安装Apache Tomcat，可以安装在Apache同一个机器，也可以在其他的机器，版本要与Mod_JK匹配

3.       下载Mod_Jk；这里注意要与Apache Tomcat匹配。

配置加在Mod_Jk

Mod_Jk是在Apache HTTP服务器上被加载的，需要将下载下来的Mod_Jk.so放到Apache/Modules目录下，并修改httpd.conf，增加下面一行：

Include conf/mod_jk.conf

使用include命令包含mod_jk.conf，这个是我们自己添加的关于mod_jk的配置文件。

新建Mod_jk.conf，并添加如下内容：

#Load mod_jk module.

LoadModule jk_module modules/mod_jk.so

#Where to find workers.properties

JkWorkersFile conf/workers2.properties

JkMountFile conf/urimap.properties

#Where to put jk logs

JkLogFile logs/mod_jk.log

#Set the jk log level[debug/error/info]

JkLogLevel info

#Select the log format

JkLogStampFormat "[%a %b %d %H:%M:%S %Y]"

#JkRequestLogFormat set the request format

JkRequestLogFormat "%w %V %T"

JkMount /* loadbalancer

上面包含了两个properties文件，分别是workers2.properties和urimap.properties。

Workers2.properties用于说明Tomcat服务器的负载均衡配置方法，具体如下：#worker.list=loadbalancer

worker.list=loadbalancer,tomcat1,tomcat2  #server 列表

 

#define the first node

worker.tomcat1.port=8009

worker.tomcat1.host=10.224.70.57

worker.tomcat1.type=ajp13

worker.tomcat1.lbfactor=1

 

#define the first node

worker.tomcat2.port=8009

worker.tomcat2.host=10.224.70.57

worker.tomcat2.type=ajp13

worker.tomcat2.lbfactor=1

 

#Now we define the load-balancing behavior

worker.loadbalancer.type=lb

worker.loadbalancer.balance_workers=tomcat1, tomcat2

 

worker.loadbalancer.sticky_session=true

 

worker.loadbalancer.sticky_session_force=true

在Mod_jk.conf中有JkMount /* loadbalancer，这个loadbalancer正好对应上面worker.list一行的loadbalancer。

另外tomcat1和tomcat2是配置的后台tomcat服务器；当然这里只有一台服务器，所以两个worker都是同样的地址。lbfactor表示在负载均衡算法中采用的权重。

另外在urimap.properties文件中说明了哪些请求会转交给Tomcat服务器，配置项为：

!/*.htm=loadbalancer

注意这里的表示*.htm的请求都到loadbalancer；这个loadbalancer是上文中的loadbalancer。

至此Apache和Tomcat之间的负载均衡已经被配置好了。

运行时观察

这里主要观察session的stickiness是如何被实现的；已经Apache服务器如何了解到关于Session ID相关的信息。

实际上对于负载均衡来说，如果上面的例子中你配置了两个Tomcat，那么关闭sticky_session的情况下，每个Tomcat服务器将轮流收到请求。

其实在试验的时候发现session ID是Tomcat服务器分配创建的，Apache服务器只是用来管理其与Tomcat服务器之间的关系；当然Apache服务器需要检查每次请求中的Session ID。这个ID是由Tomcat分配的；Tomcat对于每个第一次请求的动态页面都会生成JSESSIONID；而对于静态页面是不会生成JESSIONID的。

具体运行过程：

1.       Apache服务器接收到来自client的请求，检查HTTP请求是否包含SESSIONID

2.       如果不包含，采用负载均衡算法选择一个Tomcat服务器

3.       Apache服务器将这个client请求转发到选定Tomcat服务器的8009端口，数据包的格式是AJP协议

4.       Tomcat解析AJP协议，生成SESSION ID并且取得响应，将结果发送给Apache服务器，这个是通过之前的8009连接过来的链接发送回去的。

5.       Apache服务器解析AJP包，并得到SESSION ID信息，并将其与对应的服务器（和会话）关联起来。

6.       Apache将SESSION ID转发给client

7.       Client将Session ID保存到Cookie中用于下次使用。

Packet No

Apache

Tomcat:8009

1

2:REQ:GET /index.jsp HTTP/1.1 à

2

ß2:RSP:send headers:200 OK

3

ß2:RSP:SEND BODY CHUNK

4

ß2:RSP:END RESPONSE

通常这个连接建立好了之后短时间是不会断，不过这是可以通过参数来配置的。

在上面的包交互过程中：第2个包包含了SESSION ID的信息；内容类似于下面：

Set-Cookie..3JSESSIONID=955AAE2AA22B074BD1824395B6E4835A; Path=/...Content-Type...text/html...Content-Length...141.AB.....

AJP（Apache JServer Protocol）

AJPv13协议是面向包的。WEB服务器和Servlet容器通过TCP连接来交互；为了节省SOCKET创建的昂贵代价，WEB服务器会尝试维护一个永久TCP连接到servlet容器，并且在多个请求和响应周期过程会重用连接。

一旦一个连接被分配给特定的请求，在请求处理周期结束之前这个连接不能被重用；换句话说，请求不是连接多工的。这样编码比较简单。

一旦连接被分配给特定的请求，基本请求信息（HTTP头）以压缩的个性（通常字符串会编码为整数）；如果有请求实体，会随后立即发送。

这个时候，servlet容器已经准备好了处理请求并发送西面的信息回WEB服务器：

1.       SEND_HEADERS：发回浏览器的响应头

2.       SEND_BODY_CHUNK：将实体发送给浏览器

3.       GET_BODY_CHUNK：获取更多的请求数据，这些数据没有被发送。

4.       END_RESPONSE：表示请求处理周期结束。

WEB服务器发送给Servlet容器的请求包括：

1.       转发请求开始

2.       关闭

3.       Ping

4.       CPing

AJP13_FORWARD_REQUEST的格式

AJP13_FORWARD_REQUEST :=

Magic:            (word)

Length:           (word)

prefix_code      (byte) 0x02 = JK_AJP13_FORWARD_REQUEST

method           (byte)       HTTP请求方法的字节编码

protocol         (string)

req_uri          (string)

remote_addr      (string)

remote_host      (string)

server_name      (string)

server_port      (integer)

is_ssl           (boolean)

num_headers      (integer)

request_headers *(req_header_name req_header_value)

attributes      *(attribut_name attribute_value)

request_terminator (byte) OxFF

AJP13_SEND_HEADERSAJP13_SEND_HEADERS :=  prefix_code       4  http_status_code  (integer)  http_status_msg   (string)  num_headers       (integer)  response_headers
*(res_header_name header_value)

更多信息，参见：http://tomcat.apache.org/connectors-doc/ajp/ajpv13a.html#header_encoding