Nginx反向代理和负载均衡详解及使用Nginx和tomcat共同实现动静分离配置

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前言

在现代Web服务架构中，Nginx作为高性能的反向代理与负载均衡服务器，与Tomcat等Java应用服务器的配合使用，已成为构建高可用、高并发系统的常见方案。本文将从原理到实践，系统介绍Nginx的反向代理、负载均衡策略，以及Tomcat的基本原理与部署，并通过一个完整的实验演示如何搭建Nginx+Tomcat动静分离与负载均衡环境。

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一、Nginx的反向代理

1.1 原理

反向代理是指用户请求首先到达Nginx服务器，再由Nginx将请求转发给后端的应用服务器（如Tomcat、Node.js、Spring Boot等）。Nginx在此过程中充当“中转站”的角色，客户端并不知道真正提供服务的是哪台后端服务器。

图示：

1.2 实验配置

编辑Nginx配置文件 nginx.conf，在 server 块中添加如下配置：

server {listen 80;server_name localhost;location / {proxy_pass http://127.0.0.1:8080;   # 将请求转发到后端8080端口proxy_set_header Host $host;         # 保留原始Host头proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;      # 传递客户端真实IPproxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;}
}

保存配置后，执行以下命令重新加载Nginx：

nginx -s reload

此时访问 http://localhost/ 的请求将被Nginx转发至 http://127.0.0.1:8080/。

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二、Nginx的负载均衡

2.1 基本原理

Nginx作为反向代理服务器，接收客户端请求后，根据预设的负载均衡策略将请求分发到多台后端服务器（upstream server），从而提高系统的并发处理能力、可用性和扩展性。

优势包括：

• 提高性能：分担单台服务器压力；
• 高可用性：某台服务器故障时自动转发至其他节点；
• 可扩展性：支持动态添加或移除后端节点。

2.2 常见负载均衡策略

2.2.1 轮询（Round Robin）

默认策略，按顺序将请求依次分配给每台后端服务器。

配置示例：

upstream backend {server backend1.example.com;server backend2.example.com;server backend3.example.com;
}

2.2.2 最少连接数（Least Connections）

将请求分配给当前活动连接数最少的服务器。

配置示例：

upstream backend {least_conn;server backend1.example.com;server backend2.example.com;server backend3.example.com;
}

2.2.3 IP哈希（IP Hash）

根据客户端IP的哈希值将请求固定分配给某一台服务器，适用于需要会话保持的场景。

配置示例：

upstream backend {ip_hash;server backend1.example.com;server backend2.example.com;server backend3.example.com;
}

2.2.4 加权轮询（Weighted Round Robin）

根据服务器权重分配请求，权重越高接收的请求越多。

配置示例：

upstream backend {server backend1.example.com weight=3;server backend2.example.com weight=1;server backend3.example.com weight=2;
}

2.2.5 最少时间算法（Least Time）

将请求分配给平均响应时间最短的服务器（需Nginx 1.15.3及以上版本）。

配置示例：

upstream backend {least_time header;server backend1.example.com;server backend2.example.com;server backend3.example.com;
}

2.2.6 一致性哈希（Consistent Hashing）

根据请求的特定参数（如URL）进行哈希计算，确保服务器变动时仅部分请求需要重新分配。

配置示例：

upstream backend {hash $request_uri consistent;server backend1.example.com;server backend2.example.com;server backend3.example.com;
}

2.3 配置示例

2.3.1 基础轮询配置

http {upstream backend {server 192.168.0.101;server 192.168.0.102;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}
}

2.3.2 带权重与故障转移配置

upstream backend {server 192.168.0.101 weight=3 max_fails=3 fail_timeout=30s;server 192.168.0.102 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

max_fails 表示允许失败的次数，fail_timeout 表示失败后重试的时间间隔。

2.4 高可用与健康检查

Nginx开源版支持被动健康检查（请求失败时标记服务器不可用）。如需主动健康检查（定时探测后端状态），可选用：

• 使用 Nginx Plus 的健康检查功能
• 开源模块 nginx_upstream_check_module

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三、Tomcat后端服务器

3.1 Tomcat的本质

Tomcat是一个Servlet容器，也可作为轻量级Web应用服务器（Web Server + Servlet Container），主要职责包括：

• 接收HTTP请求；
• 将请求分发给对应的Web应用；
• 执行Servlet/JSP并生成响应；
• 返回HTTP响应给客户端。

3.2 运行原理

1. 启动阶段：加载配置，初始化Connector、Service、Engine等组件；
2. 接收请求：Connector监听HTTP请求，封装为Request对象；
3. 请求分发：Mapper根据URL找到对应的Context与Wrapper（Servlet）；
4. 执行Servlet：调用Servlet的service()方法处理请求；
5. 响应返回：将Response转换为HTTP响应报文返回客户端。

3.3 主要配置文件

配置文件	作用描述
conf/server.xml	主配置，定义Connector、Engine、Host等
conf/web.xml	全局Web应用默认配置
context.xml	Web应用级别配置，如数据源、Session
tomcat-users.xml	用户与角色管理配置
WEB-INF/web.xml	单个Web应用的Servlet、Filter等配置

3.4 应用接口调用

Tomcat在启动时加载应用的web.xml或注解（如@WebServlet），将请求参数封装为HttpServletRequest，调用对应的Servlet或框架（如Spring MVC），最后将业务处理结果通过HttpServletResponse返回。

3.5 数据库接口调用

通过JNDI数据源实现数据库连接池管理：

1. 配置数据源（在context.xml中）：

   <Resource name="jdbc/MyDB" auth="Container"type="javax.sql.DataSource"maxActive="20"username="root"password="123456"driverClassName="com.mysql.cj.jdbc.Driver"url="jdbc:mysql://localhost:3306/test"/>
   

2. 代码调用：

   Context initCtx = new InitialContext();
   DataSource ds = (DataSource) initCtx.lookup("java:comp/env/jdbc/MyDB");
   Connection conn = ds.getConnection();
   

3.6 部署Tomcat

3.6.1 环境准备

systemctl stop firewalld
setenforce 0

3.6.2 JDK配置

tar zxvf jdk-8u91-linux-x64.tar.gz -C /usr/local/
vim /etc/profile
# 添加以下内容：
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_91
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATHsource /etc/profile

3.6.3 安装与启动Tomcat

tar zxvf apache-tomcat-8.5.16.tar.gz
mv apache-tomcat-8.5.16 /usr/local/tomcat
/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
netstat -ntap | grep 8080

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四、Nginx+Tomcat动静分离与负载均衡实践

4.1 环境规划

• Nginx服务器：192.168.10.123:80
• Tomcat服务器1：192.168.10.120:8080
• Tomcat服务器2：192.168.10.120:8081

4.2 Nginx服务器的部署

systemctl stop firewalld
setenforce 0yum -y install pcre-cdevel zlib-devel openssl-devel gc gcc-c++ makeuseradd -M -s /sbin/nologin nginxcd /opt
tar zxvf nginx-1.20.2.tar.gz -C /opt/cd nginx-1.20.2/
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \
--user=nginx \
--group=nginx \
--with-file-aio \									#启用文件修改支持
--with-http_stub_status_module \					#启用状态统计
--with-http_gzip_static_module \					#启用 gzip静态压缩
--with-http_flv_module \							#启用 flv模块，提供对 flv 视频的伪流支持
--with-http_ssl_module								#启用 SSL模块，提供SSL加密功能
--with-stream										#启用 stream模块，提供4层调度----------------------------------------------------------------------------------------------------------
./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-file-aio --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-http_flv_module --with-stream  --with-http_ssl_modulemake -j2 && make installln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/vim /lib/systemd/system/nginx.service
[Unit]
Description=nginx
After=network.target
[Service]
Type=forking
PIDFile=/usr/local/nginx/logs/nginx.pid
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecrReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecrStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true
[Install]
WantedBy=multi-user.targetchmod 754 /lib/systemd/system/nginx.service
systemctl start nginx.service
systemctl enable nginx.service

4.3 两台Tomcat服务器的部署

systemctl stop firewalld
setenforce 0tar zxvf jdk-8u91-linux-x64.tar.gz -C /usr/local/vim /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local1/jdk1.8.0_91
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATHsource /etc/profile      使用java -version查看是否有
===========================================
tar zxvf apache-tomcat-8.5.16.tar.gzmv /opt/apache-tomcat-8.5.16/ /usr/local/tomcat/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh 
/usr/local/tomcat/bin/startup.shnetstat -ntap | grep 8080第二台直接拷贝即可  
cp -r /usr/local/tomcat     /usr/local/tomcat1

4.4 动静分离配置

4.4.1 Tomcat1配置

<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>JSP test1 page</title>
</head>
<body>
<% out.println("动态页面 1,http://www.test1.com");%>
</body>
</html>

4.4.2 Tomcat2配置

<%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>JSP test2 page</title>
</head>
<body>
<% out.println("动态页面 2,http://www.test2.com");%>
</body>
</html>

4.4.3 Nginx配置

upstream tomcat_server {server 192.168.10.23:8080 weight=1;server 192.168.10.22:8080 weight=1;server 192.168.10.22:8081 weight=1;
}server {listen 80;server_name www.kgc.com;location ~ .*\.jsp$ {proxy_pass http://tomcat_server;proxy_set_header HOST $host;proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;}location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {root /usr/local/nginx/html/img;expires 10d;}location / {root html;index index.html index.htm;}
}

4.5 测试验证

• 静态页面访问：http://192.168.10.22/
• 静态图片访问：http://192.168.10.22/game.jpg
• 动态请求负载均衡：不断刷新 http://192.168.10.22/index.jsp

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总结

本文系统介绍了Nginx的反向代理与负载均衡原理，详细讲解了多种负载均衡策略及其配置方式，并深入剖析了Tomcat作为Java应用服务器的运行机制与配置管理。最后通过一个完整的实验演示了如何搭建Nginx+Tomcat动静分离与负载均衡集群，验证了Nginx在高并发场景下的优秀表现和Tomcat的稳定运行能力。这一架构不仅提升了系统的并发处理能力，也显著增强了服务的可用性与可扩展性，是现代Web系统中不可或缺的技术组合。