利用nginx+tomcat+memcached组建web服务器负载均衡

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：
#user  nobody;
worker_processes  16;


events {
    use epoll;
    worker_connections  65535;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    client_header_buffer_size 32k;
    large_client_header_buffers 4 32k;
    client_max_body_size 8m;
    client_body_buffer_size 128k;

    sendfile        on;
    tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    gzip  on;
    gzip_types       text/javascript text/plain text/css application/xml application/x-javascript;
    gzip_disable     "MSIE [1-6]\.(?!.*SV1)";

    proxy_connect_timeout 300;
    proxy_send_timeout 300;
    proxy_read_timeout 300;
    proxy_buffer_size 16k;
    proxy_buffers 4 32k;

    proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
    proxy_set_header Connection Close;
    server_names_hash_max_size 1024;
    server_names_hash_bucket_size 1024;

    # Default cache parameters for use by virtual hosts
    # Set the cache path to tmpfs mounted disk, and the zone name
    # Set the maximum size of the on disk cache to less than the tmpfs file system size
    proxy_cache_path  ./cache  levels=1:2  keys_zone=pscms:100m max_size=800m;
    proxy_temp_path   ./proxy;

    #配置后端服务器信息
    upstream web_server {
        #ip_hash;
        server localhost:8080 max_fails=3  fail_timeout=30s;
        server localhost:8180 max_fails=3  fail_timeout=30s;
    }

    server {
        listen   8888; ## listen for ipv4
        #listen   [::]:80 default ipv6only=on; ## listen for ipv6
        server_name  localhost;

        charset utf-8;
        log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                          '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                          '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
        access_log  logs/host.access.log  main;
        #access_log off;

        location ~ .*\.(jsp|action)?$ {
            proxy_set_header Host $http_host;
            proxy_redirect     off;
            proxy_pass         http://web_server;
            proxy_set_header   Host             $host;
            proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
            proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }

        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$ {
            #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。
            proxy_next_upstream http_502 http_504 error timeout invalid_header;

            proxy_cache pscms;                   #进行缓存，使用Web缓存区cache_one
            proxy_cache_valid 200 304 1h;           #对不同的HTTP状态码设置不同的缓存时间
            proxy_cache_valid 301 302 5m;
            proxy_cache_valid any 1m;
            proxy_set_header  Host $host;
            proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
            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
            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。
            proxy_pass http://web_server;
            expires  15m;
        }

        location / {
            proxy_set_header Host $http_host;
            proxy_redirect     off;
            proxy_pass         http://web_server;
            proxy_set_header   Host             $host;
            proxy_set_header   X-Real-IP        $remote_addr;
            proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }

    }

}

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