nginx+tomcat动静分离结构

作者: 草根夏人
发布时间:2015-07-13 11:12:41

本文采用另一种策略对动静分离进行演示,它的大致结构如图 2 所示。

图 2. 本文设计的动静分离结构

图 2. 本文设计的动静分离结构

在本文中,我们将静态资源放在 A 主机的一个目录上,将动态程序放在 B 主机上,同时在 A 上安装 Nginx 并且在 B 上安装 Tomcat。配置 Nginx,当请求的是 html、jpg 等静态资源时,就访问 A 主机上的静态资源目录;当用户提出动态资源的请求时,则将请求转发到后端的 B 服务器上,交由 Tomcat 处理,再由 Nginx 将结果返回给请求端。

提到这,可能有您会有疑问,动态请求要先访问 A,A 转发访问 B,再由 B 返回结果给 A,A 最后又将结果返回给客户端,这是不是有点多余。初看的确多余,但是这样做至少有 2 点好处。第一,为负载均衡做准备,因为随着系统的发展壮大,只用一台 B 来处理动态请求显然是是不够的,要有 B1,B2 等等才行。那么基于图 2 的结构,就可以直接扩展 B1,B2,再修改 Nginx 的配置就可以实现 B1 和 B2 的负载均衡。第二,对于程序开发而言,这种结构的程序撰写和单台主机没有区别。我们假设只用一台 Tomcat 作为服务器,那么凡是静态资源,如图片、CSS 代码,就需要编写类似这样的访问代码:<img src=”{address of A}/a.jpg”>,当静态资源过多,需要扩展出其他的服务器来安放静态资源时,访问这些资源就可能要编写这样的代码:<img src=”{address of C}/a.jpg”>、<img src=”{address of D}/a.jpg”>。可以看到,当服务器进行变更或扩展时,代码也要随之做出修改,对于程序开发和维护来说非常困难。而基于上面的结构,程序都只要 <img src=”a.jpg”>,无需关心具体放置资源的服务器地址,因为具体的地址 Nginx 为帮您绑定和选择。

按照图 2 所示的架构图,安装好需要的软件 Nginx 和 Tomcat。按照设想,对 Nginx 的配置文件 nginx.conf 进行配置,其中与本文该部分相关的配置如清单 2 所示。

清单 2. 动静分离的 Nginx 配置
 # 转发的服务器,upstream 为负载均衡做准备   upstream tomcat_server{           server 192.168.1.117:8080;    }      server {           listen       9090;           server_name  localhost;    index index.html index.htm index.jsp;           charset koi8-r;             # 静态资源存放目录          root  /home/wq243221863/Desktop/ROOT;             access_log  logs/host.access.log  main;      # 动态请求的转发          location ~ .*.jsp$ {               proxy_pass http://tomcat_server;               proxy_set_header Host $host;           }              # 静态请求直接读取   location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {             expires      30d;    }   ……

清单 2 十分简洁,其目的和我们预期的一样,动态的请求(以 .jsp 结尾)发到 B(192.168.1.117:8080,即 tomcat_server)上,而静态的请求(gif|jpg 等)则直接访问定义的 root(/home/wq243221863/Desktop/ROOT)目录。这个 root 目录我直接将其放到 Linux 的桌面 ROOT 文件夹。

接下来在 Tomcat 中新建 Web 项目,很简单,我们只为其添加一个 test.jsp 文件,目录结构如图 3 所示。

图 3. B 上的测试项目结构

图 3. B 上的测试项目结构

而我们定义了一张测试用的静态图片,放置在 A 的桌面 ROOT/seperate 目录下。结构如图 4 所示

图 4. A 上的静态资源文件夹结构

图 4. A 上的静态资源文件夹结构

注意这里的 separate 目录名是与 B 的项目文件夹同名的

再查看图 3 中的 test.jsp 的源码。如清单 3 所示。

清单 3. test.jsp 源码
 <%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"      pageEncoding="UTF-8"%>    <%@ page import="java.util.Date" %>    <%@ page import="java.text.SimpleDateFormat" %>    <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/   html4/loose.dtd">    <html>    <head>    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">    <title>动静分离的测试</title>   </head>    <body>         <div>这是动态脚本处理的结果</div><br>      <% //这是一段测试的动态脚本      Date now=new Date();       SimpleDateFormat f=new SimpleDateFormat("现在是"+"yyyy年MM月dd日E kk点mm分");      %>       <%=f.format(now)%>       <br><br>       <div>这是静态资源的请求结果</div><br><img alt="静态资源" src="jquery.gif">   </body>    </html>

清单 3 是一个非常简单的 JSP 页面,主要是使用 img 标签来访问 jquery.gif,我们知道 test.jsp 在 B 服务器上,而 jquery.gif 在 A 服务器上。用于访问 jquery.gif 的代码里不需要指定 A 的地址,而是直接使用相对路径即可,就好像该图片也在 B 上一样,这就是本结构的一个优点了。我们在 A 上访问 test.jsp 文件。结果如图 5 所示。

图 5. test.jsp 的结果

图 5. test.jsp 的结果

非常顺利,完全按照我们的想法实现了动静分离!

我们初步完成了动静分离的配置,但是究竟动静分离如何提高我们的程序性能我们还不得而知,我们将 Tomcat 服务器也迁移到 A 服务器上,同时将 jquery.gif 拷贝一份到 separate 项目目录下,图 3 的结构变为图 6 所示。

图 6. 拷贝 jquery.gif 的 separate 项目

图 6. 拷贝 jquery.gif 的 separate 项目

我们将 Tomcat 的端口设置为 8080,Nginx 的端口依然是 9090。现在访问 http://localhost:9090/separate/test.jsp(未使用动静分离)和访问 http://localhost:8080/separate/test.jsp(使用了动静分离)的效果是一样的了。只是 8080 端口的静态资源由 Tomcat 处理,而 9090 则是由 Nginx 处理。我们使用 Apache 的 AB 压力测试工具,对 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif、http://localhost:9090/seperate/jquery.gif、http://localhost:8080/seperate/test.jsp、http://localhost:9090/seperate/test.jsp 分别进行压力和吞吐率测试。

首先,对静态资源(jquery.gif)的处理结果如清单 4 所示。

清单 4. 静态资源的 AB 测试
测试脚本:ab -c 100 -n 1000 http://localhost:{port}/seperate/jquery.gif    9090 端口,也就是 Nginx 的测试结果:   Concurrency Level:      100    Time taken for tests:   0.441 seconds    Complete requests:      1000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Total transferred:      4497000 bytes    HTML transferred:       4213000 bytes    Requests per second:    2267.92 [#/sec] (mean)   Time per request:       44.093 [ms] (mean)    Time per request:       0.441 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          9959.82 [Kbytes/sec] received      8080 端口,也就是 Tomcat 的测试结果:   Concurrency Level:      100    Time taken for tests:   1.869 seconds    Complete requests:      1000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Total transferred:      4460000 bytes    HTML transferred:       4213000 bytes    Requests per second:    535.12 [#/sec] (mean)   Time per request:       186.875 [ms] (mean)    Time per request:       1.869 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          2330.69 [Kbytes/sec] received

清单 4 的测试脚本代表同时处理 100 个请求并下载 1000 次 jquery.gif 文件,您可以只关注清单 4 的粗体部分(Requests per second 代表吞吐率),从内容上就可以看出 Nginx 实现动静分离的优势了,动静分离每秒可以处理 2267 个请求,而不使用则只可以处理 535 个请求,由此可见动静分离后效率的提升是显著的。

您还会关心,动态请求的转发,会导致动态脚本的处理效率降低吗?降低的话又降低多少呢?因此我再用 AB 工具对 test.jsp 进行测试,结果如清单 5 所示。

清单 5. 动态脚本的 AB 测试
测试脚本:ab -c 1000 -n 1000 http://localhost:{port}/seperate/test.jsp    9090 端口,也就是 Nginx 的测试结果:   Concurrency Level:      100    Time taken for tests:   0.420 seconds    Complete requests:      1000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Total transferred:      709000 bytes    HTML transferred:       469000 bytes    Requests per second:    2380.97 [#/sec] (mean)   Time per request:       42.000 [ms] (mean)    Time per request:       0.420 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          1648.54 [Kbytes/sec] received      8080 端口,也就是 Tomcat 的测试结果:   Concurrency Level:      100    Time taken for tests:   0.376 seconds    Complete requests:      1000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Total transferred:      714000 bytes    HTML transferred:       469000 bytes    Requests per second:    2660.06 [#/sec] (mean)   Time per request:       37.593 [ms] (mean)    Time per request:       0.376 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          1854.77 [Kbytes/sec] received

经过笔者的多次测试,得出了清单 5 的较为稳定的测试结果,可以看到在使用 Nginx 实现动静分离以后,的确会造成吞吐率的下降,然而对于网站整体性能来说,静态资源的高吞吐率,以及未来可以实现的负载均衡、可扩展、高可用性等,该牺牲我想也应该是值得的。

我想任何技术都是有利有弊,动静分离也是一样,选择了动静分离,就选择了更为复杂的系统架构,维护起来在一定程度会更为复杂和困难,但是动静分离也的确带来了很大程度的性能提升,这也是很多系统架构师会选择的一种解决方案。

 

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HTTP 持久连接

持久连接(Keep-Alive)也叫做长连接,它是一种 TCP 的连接方式,连接会被浏览器和服务器所缓存,在下次连接同一服务器时,缓存的连接被重新使用。由于 HTTP 的无状态性,人们也一直很清楚“一次性”的 HTTP 通信。持久连接则减少了创建连接的开销,提高了性能。HTTP/1.1 已经支持长连接,大部分浏览器和服务器也提供了长连接的支持。

可以想象,要想发起长连接,服务器和浏览器必须共同合作才可以。一方面浏览器要保持连接,另一方面服务器也不会断开连接。也就是说要想建立长连接,服务器和浏览器需要进行协商,而如何协商就要靠伟大的 HTTP 协议了。它们协商的结构图如图 7 所示。

图 7. 长连接协商

图 7. 长连接协商

浏览器在请求的头部添加 Connection:Keep-Alive,以此告诉服务器“我支持长连接,你支持的话就和我建立长连接吧”,而倘若服务器的确支持长连接,那么就在响应头部添加“Connection:Keep-Alive”,从而告诉浏览器“我的确也支持,那我们建立长连接吧”。服务器还可以通过 Keep-Alive:timeout=10, max=100 的头部告诉浏览器“我希望 10 秒算超时时间,最长不能超过 100 秒”。

在 Tomcat 里是允许配置长连接的,配置 conf/server.xml 文件,配置 Connector 节点,该节点负责控制浏览器与 Tomcat 的连接,其中与长连接直接相关的有两个属性,它们分别是:keepAliveTimeout,它表示在 Connector 关闭连接前,Connector 为另外一个请求 Keep Alive 所等待的微妙数,默认值和 connectionTimeout 一样;另一个是 maxKeepAliveRequests,它表示 HTTP/1.0 Keep Alive 和 HTTP/1.1 Keep Alive / Pipeline 的最大请求数目,如果设置为 1,将会禁用掉 Keep Alive 和 Pipeline,如果设置为小于 0 的数,Keep Alive 的最大请求数将没有限制。也就是说在 Tomcat 里,默认长连接是打开的,当我们想关闭长连接时,只要将 maxKeepAliveRequests 设置为 1 就可以。

毫不犹豫,首先将 maxKeepAliveRequests 设置为 20,keepAliveTimeout 为 10000,通过 Firefox 查看请求头部(这里我们访问上面提到的 test.jsp)。结果如图 8 所示。

图 8. 服务器打开长连接

图 8. 服务器打开长连接

接下来,我们将 maxKeepAliveRequests 设置为 1,并且重启服务器,再次请求网页后查看的结果如图 9 所示。

图 9. 服务器关闭长连接

图 9. 服务器关闭长连接

对比可以发现,Tomcat 关闭长连接后,在服务器的请求响应中,明确标识了:Connection close, 它告诉浏览器服务器并不支持长连接。那么长连接究竟可以带来怎么样的性能提升,我们用数据说话。我们依然使用 AB 工具,它可以使用一个 -k 的参数,模拟浏览器使用 HTTP 的 Keep-Alive 特性。我们对 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif 进行测试。测试结果如清单 6 所示。

清单 6. AB 测试长连接
测试脚本:ab – k -c 1000 -n 10000 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif       关闭长连接时:   Concurrency Level:      1000    Time taken for tests:   5.067 seconds    Complete requests:      10000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Keep-Alive requests:    0    Total transferred:      44600000 bytes    HTML transferred:       42130000 bytes    Requests per second:    1973.64 [#/sec] (mean)   Time per request:       506.678 [ms] (mean)    Time per request:       0.507 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          8596.13 [Kbytes/sec] received         打开长连接时,maxKeepAliveRequests 设置为 50:   Concurrency Level:      1000    Time taken for tests:   1.671 seconds    Complete requests:      10000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Keep-Alive requests:    10000    Total transferred:      44650000 bytes    HTML transferred:       42130000 bytes    Requests per second:    5983.77 [#/sec] (mean)   Time per request:       167.119 [ms] (mean)    Time per request:       0.167 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          26091.33 [Kbytes/sec] received

结果一定会让您大为惊讶,使用长连接和不使用长连接的性能对比,对于 Tomcat 配置的 maxKeepAliveRequests 为 50 来说,竟然提升了将近 5 倍。可见服务器默认打开长连接是有原因的。

 

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HTTP 协议的合理使用

很多程序员都将精力专注在了技术实现上,他们认为性能的高低完全取决于代码的实现,却忽略了已经成型的某些规范、协议、工具。最典型的就是在 Web 开发上,部分开发人员没有意识到 HTTP 协议的重要性,以及 HTTP 协议可以提供程序员另一条性能优化之路。通过简单的在 JSP 的 request 对象中添加响应头部,往往可以迅速提升程序性能,一切实现代码仿佛都成浮云。本系列文章的宗旨也在于让程序员编最少的代码,提升最大的性能。

本文提出一个这样的需求,在文章前面部分提到的 test.jsp 中,它的一部分功能是显示服务器的当前时间。现在我们希望这个动态网页允许被浏览器缓存,这似乎有点不合理,但是在很多时候,虽然是动态网页,但是却只执行一次(比如有些人喜欢将网页的主菜单存入数据库,那么他肯定不希望每次加载菜单都去读数据库)。浏览器缓存带来的性能提升已经众人皆知了,而很多人却并不知道浏览器的缓存过期时间、缓存删除、什么页面可以缓存等,都可以由我们程序员来控制,只要您熟悉 HTTP 协议,就可以轻松的控制浏览器。

我们访问上面提及的 test.jsp。用 Firebug 查看请求情况,发现每次请求都会重新到服务器下载内容,这不难理解,因此 test.jsp 是动态内容,每次服务器必须都执行后才可以返回结果 , 图 10 是访问当前的 test.jsp 的头部情况。现在我们往 test.jsp 添加清单 7 的内容。

清单 7. 在 test.jsp 的首部添加的代码
 <%    SimpleDateFormat f2=new SimpleDateFormat("EEE, dd MMM yyyy HH:mm:ss");    String ims = request.getHeader("If-Modified-Since");    if (ims != null)    {    try    {    Date dt = f2.parse(ims.substring(0, ims.length()-4));    if (dt.after(new Date(2009, 1, 1)))    {    response.setStatus(304);    return;    }    } catch(Exception e)    {      }    }    response.setHeader("Last-Modified", f2.format(new Date(2010, 5, 5)) + " GMT");    %>

上述代码的意图是:服务器获得浏览器请求头部中的 If-Modified-Since 时间,这个时间是浏览器询问服务器,它所请求的资源是否过期,如果没过期就返回 304 状态码,告诉浏览器直接使用本地的缓存就可以,

图 10. 修改 test.jsp 前的访问头部情况

图 10. 修改 test.jsp 前的访问头部情况

修改完 test.jsp 代码后,使用鼠标激活浏览器地址栏,按下回车刷新页面。这次的结果如图 11 所示。

图 11. 修改 test.jsp 后的首次访问

图 11. 修改 test.jsp 后的首次访问

可以看到图 11 和图 10 的请求报头没有区别,而在服务器的响应中,图 11 增加了 Last-Modified 头部,这个头部告诉浏览器可以将此页面缓存。

按下 F5(必须是 F5 刷新),F5 会强制 Firefox 加载服务器内容,并且发出 If-Modified-Since 头部。得到的报头结果如图 12 所示 .

图 12. 修改 test.jsp 后的再次访问

图 12. 修改 test.jsp 后的再次访问

可以看到,图 12 的底部已经提示所有内容都来自缓存。浏览器的请求头部多出了 If-Modified-Since,以此询问服务器从缓存时间起,服务器是否对资源进行了修改。服务器判断后发现没有对此资源(test.jsp)修改,就返回 304 状态码,告诉浏览器可以使用缓存。

我们在上面的实验中,用到了 HTTP 协议的相关知识,其中涉及了 If-Modified-Since、Last-Modified、304 状态码等,事实上与缓存相关的 HTTP 头部还有许多,诸如过期设置的头部等。熟悉了 HTTP 头部,就如同学会了如何与用户的浏览器交谈,也可以利用协议提升您的程序性能。这也是本文为何一直强调 HTTP 协议的重要性。那么对于 test.jsp 这个小网页来说,基于缓存的方案提升了多少性能呢?我们用 AB 给您答案。

AB 是个很强大的工具,他提供了 -H 参数,允许测试人员手动添加 HTTP 请求头部,因此测试结果如清单 8 所示。

清单 8. AB 测试 HTTP 缓存

测试脚本:ab -c 1000 – n 10000 – H ‘ If-Modified-Since:Sun, 05 Jun 3910 00:00:00 GMT ’ http://localhost:8080/seperate/test.jsp

未修改 test.jsp 前 :    Document Path:          /seperate/test.jsp    Document Length:        362 bytes   Concurrency Level:      1000    Time taken for tests:   10.467 seconds    Complete requests:      10000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Total transferred:      6080000 bytes    HTML transferred:       3630000 bytes    Requests per second:    955.42 [#/sec] (mean)   Time per request:       1046.665 [ms] (mean)    Time per request:       1.047 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          567.28 [Kbytes/sec] received    修改 test.jsp 后:   Document Path:          /seperate/test.jsp    Document Length:        0 bytes   Concurrency Level:      1000    Time taken for tests:   3.535 seconds    Complete requests:      10000    Failed requests:        0    Write errors:           0    Non-2xx responses:      10000    Total transferred:      1950000 bytes    HTML transferred:       0 bytes    Requests per second:    2829.20 [#/sec] (mean)   Time per request:       353.457 [ms] (mean)    Time per request:       0.353 [ms] (mean, across all concurrent requests)    Transfer rate:          538.76 [Kbytes/sec] received

分别对比 Document Length、Requests per second 以及 Transfer rate 这三个指标。可以发现没使用缓存的 Document Length(下载内容的长度)是 362 字节,而使用了缓存的长度为 0。在吞吐率方面,使用缓存是不使用缓存的 3 倍左右。同时在传输率方面,缓存的传输率比没缓存的小。这些都是用到了客户端缓存的缘故。

 

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CDN 的使用

CDN 也是笔者最近才了解和接触到的东西,耳中也是多次听到 CDN 这个词了,在淘宝的前端技术报告上、在一个好朋友的创新工场创业之路上,我都听到了这个词,因此我想至少有必要对此技术了解一下。所谓的 CDN,就是一种内容分发网络,它采用智能路由和流量管理技术,及时发现能够给访问者提供最快响应的加速节点,并将访问者的请求导向到该加速节点,由该加速节点提供内容服务。利用内容分发与复制机制,CDN 客户不需要改动原来的网站结构,只需修改少量的 DNS 配置,就可以加速网络的响应速度。当用户访问了使用 CDN 服务的网站时,DNS 域名服务器通过 CNAME 方式将最终域名请求重定向到 CDN 系统中的智能 DNS 负载均衡系统。智能 DNS 负载均衡系统通过一组预先定义好的策略(如内容类型、地理区域、网络负载状况等),将当时能够最快响应用户的节点地址提供给用户,使用户可以得到快速的服务。同时,它还与分布在不同地点的所有 CDN 节点保持通信,搜集各节点的健康状态,确保不将用户的请求分配到任何一个已经不可用的节点上。而我们的 CDN 还具有在网络拥塞和失效情况下,能拥有自适应调整路由的能力。

由于笔者对 CDN 没有亲身实践,不便多加讲解,但是各大网站都在一定程度使用到了 CDN,淘宝的前端技术演讲中就提及了 CDN,可见 CDN 的威力不一般。

图 12. 淘宝的 CDN 前端优化

图 12. 淘宝的 CDN 前端优化

因此 CDN 也是不得不提的一项技术,国内有免费提供 CDN 服务的网站:http://www.webluker.com/,它需要您有备案的域名,感兴趣的您可以去试试。

 

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小结

本文总结了 HTTP 长连接、动静分离、HTTP 协议等等,在您需要的时候,可以查看本文的内容,相信按照本文的方法,可以辅助您进行前端的高性能优化。笔者将继续写后续的部分,包括数据库的优化、负载均衡、反向代理等。由于笔者水平有限,如有错误,请联系我批评指正。

接下来在第三部分文章中,我将介绍服务器端缓存、静态化与伪静态化、分布式缓存等,并且将它们应用到 Java Web 的开发中。使用这些技术可以帮助提高 Java Web 应用程序的性能。

标签: Nginx Tomcat
来源:http://www.cnblogs.com/fx2008/p/4164147.html

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