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基于Nginx实现反向代理、负载均衡与动静分离完整部署指南

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基于Nginx实现反向代理、负载均衡与动静分离完整部署指南

在实际生产环境中，单台应用服务器往往难以承受高并发请求的压力，同时静态资源与动态资源混合处理也会降低服务响应效率。Nginx作为一款高性能的HTTP和反向代理服务器，凭借其轻量级、高并发的特性，成为实现负载均衡与动静分离的理想选择。本文将详细介绍如何基于Nginx部署反向代理、负载均衡，并结合Tomcat实现动静分离，构建高效稳定的Web服务架构。

一、架构规划与环境准备

1.1 架构设计思路

本次部署采用“Nginx前端负载均衡+Tomcat后端应用”的架构模式，核心目标如下：

反向代理：通过Nginx接收客户端请求，隐藏后端Tomcat服务器的真实地址，提高服务安全性。
负载均衡：将客户端的动态请求分发到多台Tomcat服务器，避免单台服务器过载，提升服务并发能力。
动静分离：Nginx直接处理静态资源（图片、HTML等），动态请求（JSP等）转发至Tomcat处理，优化资源处理效率。

1.2 服务器规划

服务器角色	IP地址	端口	主要作用
Nginx负载均衡器	192.168.10.22	80	反向代理、负载均衡、静态资源处理
Tomcat应用服务器1	192.168.10.17	8080	处理动态请求（JSP）
Tomcat应用服务器2	192.168.10.17	8081	处理动态请求（JSP）

1.3 环境依赖

操作系统：CentOS 7（所有服务器均需安装）
软件版本：Nginx 1.20.2、JDK 1.8、Tomcat 8.5.16

前置操作：所有服务器关闭防火墙、禁用SELinux，避免端口拦截。

# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 禁用SELinux
setenforce 0
sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

二、部署Nginx负载均衡器

Nginx是整个架构的入口，需先完成其安装与基础配置，确保能够正常接收和转发请求。

2.1 安装Nginx依赖包

Nginx编译安装需依赖pcre、zlib等库，通过yum安装相关开发包：

yum -y install pcre-cdevel zlib-devel openssl-devel gc gcc-c++ make

2.2 创建Nginx专用用户

为提高安全性，创建无登录权限的nginx用户用于运行Nginx服务：

useradd -M -s /sbin/nologin nginx

2.3 编译安装Nginx

上传Nginx 1.20.2安装包至/opt目录，解压后进入源码目录：
```
cd /opt
tar zxvf nginx-1.20.2.tar.gz
cd nginx-1.20.2/
```
配置编译参数（启用SSL、stream、状态统计等核心模块）：

./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-http_ssl_module \
--with-stream

编译并安装：
```
make && make install
```

创建软链接，方便全局调用nginx命令：

ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/

2.4 配置Nginx系统服务

为便于通过systemctl管理Nginx，创建系统服务文件：

vim /lib/systemd/system/nginx.service

添加如下内容：

[Unit]
Description=nginx
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/usr/local/nginx/logs/nginx.pid
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

设置权限并启动Nginx：

# 赋予执行权限
chmod 754 /lib/systemd/system/nginx.service
# 启动并设置开机自启
systemctl start nginx.service
systemctl enable nginx.service
# 验证启动状态
systemctl status nginx.service

三、部署后端Tomcat应用服务器

Tomcat作为Java Web容器，负责处理动态JSP请求。本次在同一台服务器上部署2个Tomcat实例（端口8080、8081），模拟多台应用服务器。

3.1 安装JDK（Tomcat依赖）

上传JDK 1.8安装包至/opt目录，解压至/usr/local：
```
tar zxvf jdk-8u91-linux-x64.tar.gz -C /usr/local/
```

配置JDK环境变量：

vim /etc/profile

添加如下内容：

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:$PATH

生效环境变量：

source /etc/profile
# 验证JDK安装
java -version

3.2 部署Tomcat 8080实例

上传Tomcat 8.5.16安装包至/opt目录，解压并重命名：

tar zxvf apache-tomcat-8.5.16.tar.gz
mv /opt/apache-tomcat-8.5.16/ /usr/local/tomcat

创建测试动态页面：

mkdir /usr/local/tomcat/webapps/test
vim /usr/local/tomcat/webapps/test/index.jsp

添加如下JSP内容（标记为test1页面，便于区分负载均衡效果）：

<%@ 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>

配置Tomcat虚拟主机：

vim /usr/local/tomcat/conf/server.xml

删除原有<Host>配置，添加如下内容（指定应用路径）：

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true" xmlValidation="false" xmlNamespaceAware="false">
    <Context docBase="/usr/local/tomcat/webapps/test" path="" reloadable="true">
    </Context>
</Host>

启动Tomcat并验证：

# 启动Tomcat
/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
# 验证8080端口是否监听
netstat -ntap | grep 8080

3.3 部署Tomcat 8081实例

通过复制8080实例快速创建8081实例，只需修改端口和测试页面即可：

复制Tomcat目录并命名为tomcat1：

cp -r /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat1

修改Tomcat1端口（避免端口冲突）：
```
vim /usr/local/tomcat1/conf/server.xml
```
需修改3处端口：
- 关闭端口：<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"> → 改为8006
- 监听端口：<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"> → 改为8081
- AJP端口：<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3"> → 改为8010

修改测试页面（标记为test2）：

vim /usr/local/tomcat1/webapps/test/index.jsp

修改内容如下：

<%@ 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>

启动Tomcat1并验证：

/usr/local/tomcat1/bin/startup.sh
netstat -ntap | grep 8081

四、配置Nginx反向代理、负载均衡与动静分离

Nginx的核心配置集中在nginx.conf文件中，需在此文件中实现负载均衡池定义、动静请求分发规则。

4.1 准备静态资源

在Nginx服务器上创建静态页面和图片目录，用于测试动静分离：

# 创建静态首页
echo '<html><body><h1>这是Nginx处理的静态页面</h1></body></html>' > /usr/local/nginx/html/index.html
# 创建图片目录并上传测试图片（此处以上传game.jpg为例）
mkdir /usr/local/nginx/html/img
cp /root/game.jpg /usr/local/nginx/html/img

4.2 修改Nginx核心配置

编辑nginx.conf文件：

vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

重点修改http块内容，添加负载均衡池、动静分离规则，完整配置如下：

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

    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;

    # 1. 定义负载均衡池（tomcat_server），weight为权重（权重越高，被分配概率越大）
    upstream tomcat_server {
        server 192.168.10.17:8080 weight=1;  # Tomcat 8080
        server 192.168.10.17:8081 weight=1;  # Tomcat 8081
    }

    # 2. 配置虚拟主机
    server {
        listen       80;
        server_name  www.test.com;  # 可自定义域名，需在本地hosts解析

        charset utf-8;
        access_log  logs/host.access.log  main;

        # 3. 动态请求转发（.jsp结尾请求转发至负载均衡池）
        location ~ .*\.jsp$ {
            proxy_pass http://tomcat_server;  # 转发至定义的负载均衡池
            # 传递客户端真实IP和主机名给后端Tomcat
            proxy_set_header HOST $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }

        # 4. 静态资源处理（图片、CSS等由Nginx直接返回）
        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {
            root /usr/local/nginx/html/img;  # 静态资源根目录
            expires 10d;  # 设置浏览器缓存10天，减少重复请求
        }

        # 5. 默认请求处理（静态首页）
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }

        # 错误页面配置
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

4.3 验证Nginx配置并重启

# 检查配置文件语法是否正确
nginx -t
# 重启Nginx使配置生效
systemctl reload nginx.service

五、功能测试

配置完成后，通过浏览器访问Nginx服务器IP（192.168.10.22），分别测试静态资源、动态请求、负载均衡效果。

5.1 静态资源测试

访问静态首页：http://192.168.10.22
预期结果：显示“这是Nginx处理的静态页面”，说明Nginx正常处理静态HTML。
访问静态图片：http://192.168.10.22/game.jpg
预期结果：成功显示上传的game.jpg图片，说明静态图片处理正常。

5.2 负载均衡与动态请求测试

访问动态JSP页面：http://192.168.10.22/index.jsp
预期结果：

首次刷新可能显示“动态页面 1,http://www.test1.com”（Tomcat 8080处理）；
再次刷新可能显示“动态页面 2,http://www.test2.com”（Tomcat 8081处理）；
多次刷新后，页面在两个动态页面间交替显示，说明负载均衡生效，请求被均匀分发到两台Tomcat服务器。

六、常见问题与解决方案

Tomcat启动失败，端口被占用？
执行netstat -ntap | grep 8080查看占用端口的进程，杀死对应进程或修改Tomcat端口。
访问JSP页面返回404？
检查Tomcat的server.xml中<Context>的docBase路径是否正确，确保index.jsp存在于该路径下。
Nginx配置后无法转发请求？
确认Nginx的upstream中Tomcat的IP和端口是否正确，同时检查Tomcat是否启动、防火墙是否关闭。

七、总结

本文通过“Nginx+Tomcat”架构实现了反向代理、负载均衡与动静分离，核心优势如下：

高并发支持：Nginx处理静态资源效率远高于Tomcat，动静分离减少了Tomcat的资源消耗；
负载均衡：通过权重分配请求，避免单台Tomcat过载，提升服务可用性；
安全性提升：客户端仅与Nginx交互，后端Tomcat不直接暴露在公网，降低攻击风险。

该架构可根据实际业务需求扩展Tomcat服务器数量，进一步提升并发处理能力，适用于中小规模Web应用的生产环境部署。

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