基于Java應用的高并發(fā)高可用集群服務器的設計與實現(xiàn)

文/王瑛

在互聯(lián)網越來越發(fā)達的今天，搭建一個單位或企業(yè)的服務器勢在必行。經調研，湖北大學知行學院官網使用的是windows（Microsoft-IIS）+linux（apache）。其中心服務器的地址及配置情況如表1所示。

1 需求分析

采用軟件方式搭建具有高可用、高并發(fā)的服務器集群，首先要選取基礎環(huán)境、搭建主體架構，然后安裝組件、完善架構、安裝輔助軟件。本文采用當前經典的lnmp架構，用虛擬技術模擬多臺計算機服務器。

測試程序：JAVA的測試程序是做的一個簡易的圖書管理系統(tǒng)，具備分頁功能，連接到后臺數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)。由于測試軟件的數(shù)據(jù)庫設計較為簡單，只需版本兼容，不再詳細說明。

2 主體架構

2.1 組件分析

Nginx：lnmp和lamp架構的不同在于組件分別為Nginx和apache。apache穩(wěn)定性強，bug少，模塊較多，動態(tài)處理有優(yōu)勢；nginx配置簡潔、抗并發(fā)強、可在運行時升級其版本，具備反向代理功能，適合作為前端響應服務器。由于測試軟件較為簡單，故推崇輕量級的nginx架構，本文使用nginx1.8.1版本。

Lvs：Lvs（Linux Virtual Server）是虛擬服務器集群系統(tǒng)。Lvs采用直接連接模式，在收到網關代理服務器發(fā)來的請求后不經過網關直接將答復發(fā)給客戶?？蛻敉ㄟ^lvs連接后臺服務器，而后端服務器網絡使用同一虛擬IP，故可將lvs用做調度器，采用輪叫調度模式，從而提高并發(fā)能力。

Web服務有多個，所以不需要擔心單節(jié)點故障。

Mysql：為了達到高可用并保證數(shù)據(jù)同步，啟用數(shù)據(jù)庫之前，設置好雙主模式，確定兩臺mysql服務器互信后才能開始使用，否則會一直報錯。此外，數(shù)據(jù)要定期備份以保證一定容災能力。

Php：php服務一般都不會宕掉，本課題不做討論。

Keepalived：為了保證接受請求的網關長期在線，必須用keepalived服務提供支持，讓網關上的lvs服務保證在其中一個宕掉之后，能迅速啟用備用服務器。

Zabbix：由zabbix server與 zabbix agent可選組件兩個部分構成。zabbix server組織Zabbix服務的配置，通過zabbix agent、ping、端口監(jiān)視等方法提供對服務器的硬盤、內存、cpu、網絡狀況、服務運行狀況進行監(jiān)視，收集數(shù)據(jù)等，是可視化監(jiān)控軟件。

Tomcat：與nginx整合一起使用，為了擴展更多功能的服務，所以搭建tomcat環(huán)境。

圖1：主體架構圖

2.2 基礎環(huán)境

LINUX系統(tǒng)選擇圖形界面較為友好的centos7.0?；A環(huán)境中要考慮 nat、host、bridge三種網絡環(huán)境的配置。其中nat相當于在局域網，bridge是橋接模式，相當于直接連到互聯(lián)網，host模式是僅主機模式，相當于斷網。另外，還要考慮服務器之間的安全協(xié)議、安全模式和需要安裝的組件。

2.3 高可用、高并發(fā)

高可用是保證服務長期在線，高并發(fā)是保證在并發(fā)量很大的時候服務穩(wěn)定運行。高可用軟件有Keepalived,RHCS,Pacemaker,rose(windows),PowerHA(AIX)。高可用軟件就是以一種心跳機制監(jiān)控服務是否在線，若不在線則啟用備用服務器，并且這個轉換間隔很短，讓人感覺服務器沒有宕機過一樣。高并發(fā)軟件有Lvs，Nginx/Tengine，Haproxy等等，其本質是做一個代理，將請求轉發(fā)到真實服務器，而其本身不提供服務，其中Lvs和nginx配置比較簡單。

3 總體設計

服務器集群采用linux+nginx+mysql+php架構，具有高并發(fā)能力。同時，使用lvs/nginx+keepalived做高可用，整合tomcat容器，采用輔助軟件確保多個數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同步和多個Web服務器之間的網頁同步，最后用監(jiān)控軟件zabbix監(jiān)控整體服務器的運行情況。如圖1所示。

4 結果與分析

4.1 性能測試

本文使用lvs/nginx+keepalived組合軟件實現(xiàn)服務器的高并發(fā)。測試時，同時打開三臺虛擬機，編輯三個不同的網頁，然后使用同一個虛擬IP訪問服務器IP，測試結果是每次訪問得到的頁面均不一樣；關閉其中一個虛擬機，再次訪問虛擬IP，可以看到除了關閉的那臺服務器，其他兩臺服務器的頁面顯示正常；再次打開將剛剛關閉的服務器，共享文件夾啟動測試程序，分別訪問三臺服務器和虛擬IP，結果看到是相同頁面；最后關閉1-2臺服務器，再訪問虛擬IP，同樣可以得到測試程序。

4.2 分析

分析一：每臺服務器基礎環(huán)境配置應相同，虛擬硬件配置master服務器要盡可能高一點，IP在同一個網段。

分析二：運維工具xshell性能良好，在部署環(huán)境時候可以不用進入VMware，直接進行工作。

分析三：在搭建lnmp架構時候要注意各個組件的版本兼容問題。多臺nginx服務器之間用同一個共享文件夾，Web網頁才有同步更新效果。若某一臺mysql服務器宕機，不同步數(shù)據(jù)直接啟動，會導致服務器故障，需要用其他技術確保數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)長期同步。

分析四：使用keepalived+lvs服務，需要設置好優(yōu)先級，多臺服務器優(yōu)先級相同會導致服務器全部故障。

分析五：git服務在數(shù)據(jù)備份時會產生大量數(shù)據(jù)，所以除了重要數(shù)據(jù)所有服務器均要備份外，其余數(shù)據(jù)分散式備份。

附錄：

Linux系統(tǒng)使用的centos7.0，mysql用的5.7，jdk使用1.7.1，nginx用的1.8.1，php用5.3.30版本，keepalived+lvs使用yum自帶的安裝源，源包為CentOS-7-x86_64-DVD-1611，為了方便管理使用xshell運維工具，然后本課題其余的組件都是用的yum自帶安裝源。