Nginx如何实现负载均衡以及Session共享教程详解

2022-06-03 21:05:36

最近迷上了Nginx,真实麻雀虽小,五脏俱全..功能实在强大..

nginx不单可以作为强大的web服务器，也可以作为一个反向代理服务器，而且nginx还可以按照调度规则实现动态、静态页面的分离，可以按照轮询、ip哈希、URL哈希、权重等多种方式对后端服务器做负载均衡，同时还支持后端服务器的健康检查。

如果只有一台服务器时,这个服务器挂了,那么对于网站来说是个灾难.因此，这时候的负载均衡就会大显身手了,它会自动剔除挂掉的服务器.

下面简单的介绍下我使用Nginx做负载的体会

下载---安装Nginx这些不介绍了,前篇有介绍.

windows和Linux下配置Nginx负载的写法一样,故不分开介绍.

Nginx负载均衡一些基础知识:

nginx 的 upstream目前支持 4 种方式的分配
1)、轮询（默认）
      每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除。
2)、weight
      指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。
2)、ip_hash
      每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。
3)、fair（第三方）
      按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
4)、url_hash（第三方）

配置：

在http节点里添加:
定义负载均衡设备的 Ip及设备状态
upstream myServer {
    server 127.0.0.1:9090 down;
    server 127.0.0.1:8080 weight=2;
    server 127.0.0.1:6060;
    server 127.0.0.1:7070 backup;
}
在需要使用负载的Server节点下添加
proxy_pass http://myServer;
upstream 每个设备的状态:
down 表示单前的server暂时不参与负载
weight 默认为1.weight越大，负载的权重就越大。
max_fails ：允许请求失败的次数默认为1.当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream 模块定义的错误
fail_timeout:max_fails 次失败后，暂停的时间。
backup：其它所有的非backup机器down或者忙的时候，请求backup机器。所以这台机器压力会最轻。

Nginx还支持多组的负载均衡,可以配置多个upstream 来服务于不同的Server.

配置负载均衡比较简单,但是最关键的一个问题是怎么实现多台服务器之间session的共享

下面有几种方法(以下内容来源于网络,第四种方法没有实践.)

1) 不使用session，换作cookie

能把session改成cookie，就能避开session的一些弊端，在从前看的一本J2EE的书上，也指明在集群系统中不能用session，否则惹出祸端来就不好办。如果系统不复杂，就优先考虑能否将session去掉，改动起来非常麻烦的话，再用下面的办法。

2) 应用服务器自行实现共享

asp.net可以用数据库或memcached来保存session，从而在asp.net本身建立了一个session集群，用这样的方式可以令 session保证稳定，即使某个节点有故障，session也不会丢失，适用于较为严格但请求量不高的场合。但是它的效率是不会很高的，不适用于对效率要求高的场合。
以上两个办法都跟nginx没什么关系，下面来说说用nginx该如何处理：

3) ip_hash

nginx中的ip_hash技术能够将某个ip的请求定向到同一台后端，这样一来这个ip下的某个客户端和某个后端就能建立起稳固的session，ip_hash是在upstream配置中定义的：
upstream backend {
server 127.0.0.1:8080 ;
server 127.0.0.1:9090 ;
ip_hash;
}
ip_hash是容易理解的，但是因为仅仅能用ip这个因子来分配后端，因此ip_hash是有缺陷的，不能在一些情况下使用：
1/ nginx不是最前端的服务器。ip_hash要求nginx一定是最前端的服务器，否则nginx得不到正确ip，就不能根据ip作hash。譬如使用的是squid为最前端，那么nginx取ip时只能得到squid的服务器ip地址，用这个地址来作分流是肯定错乱的。
2/ nginx的后端还有其它方式的负载均衡。假如nginx后端又有其它负载均衡，将请求又通过另外的方式分流了，那么某个客户端的请求肯定不能定位到同一台session应用服务器上。这么算起来，nginx后端只能直接指向应用服务器，或者再搭一个squid，然后指向应用服务器。最好的办法是用location作一次分流，将需要session的部分请求通过ip_hash分流，剩下的走其它后端去。

4) upstream_hash

为了解决ip_hash的一些问题，可以使用upstream_hash这个第三方模块，这个模块多数情况下是用作url_hash的，但是并不妨碍将它用来做session共享：
假如前端是squid，他会将ip加入x_forwarded_for这个http_header里，用upstream_hash可以用这个头做因子，将请求定向到指定的后端：
可见这篇文档：http://www.sudone.com/nginx/nginx_url_hash.html
在文档中是使用$request_uri做因子，稍微改一下：
hash $http_x_forwarded_for;
这样就改成了利用x_forwarded_for这个头作因子，在nginx新版本中可支持读取cookie值，所以也可以改成：
hash $cookie_jsessionid;
假如在php中配置的session为无cookie方式，配合nginx自己的一个userid_module模块就可以用nginx自发一个cookie，可参见userid模块的英文文档：
http://wiki.nginx.org/NginxHttpUserIdModule
另可用姚伟斌编写的模块upstream_jvm_route：http://code.google.com/p/nginx-upstream-jvm-route/

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https://blog.csdn.net/chao_1990/article/details/54405759

共享session应用场景，基于分布式，session的原理大致如下(以tomcat为例)，

tomcat有一套自己的session管理机制，每次创建连接的时候都会通过客户端传过来的jsessionid从session连接池中获得sessionId对应的session，如果存在，那么直接从池中获得session连接信息，如果没有通过程序中设置判断是否创建一个新的session信息保存到池中。

nginx贡献session的方式，大体上有ip_hash(nginx自带)，redis共享session，基于cookie，基于db(各种关系型数据库和非关系型数据库)。

1、基于cookie

简单、方便，每次通过判断cookie中的用户状态信息判断用户的登录状态；但是用户信息要存在客户端，存在安全隐患，除非有相当安全的加密措施，如果加密码负载，也会增加运算的成本。

2、基于db(各种关系型数据库和非关系型数据库)

登录信息存储到db中，虽然安全，但每次需要验证用户的登录状态是都需要从db中进行IO操作，并发量高是势必会增加数据库的负载。

3、基于redis+cookie共享session

此种方式将将用户的登录信息存储到redis中，因为是基于内存的读取，因此效率不会是响应效率的瓶颈，cookie中存储着jsessionid，不需要加密或处理，只需要存储redis中的key保存统一客户通过cookie中的key可以准确的登录信息或是其他有效的信息，此种方式，cookie的存储不需要加密计算成本，其次redis将信息存储到缓存中，存取效率高，后面会详细介绍此种方式实现过程。

4、基于ip_hash

此种方式配置最为简单，但是有一定的局限性，其原理就是同一个ip的所有请求都会被nginx进行ip_hash进行计算，通过结果定位到指定的后台服务器即一个用户如果ip不变，那么每次请求其实请求的都是同一后台服务器；首先最外层的代理要保证源ip在请求的过程不会被修改，如果你的架构里在最外层方式不单单是nginx服务，而是类似于请求分发的服务服务器，那么意味着一个人的请求可能被定位到不同的服务器上，那么ip_hash就没有意义了。

5、基于tomcat容器session

此种方式在根本上实现共享session，他的实际情况是通过tomcat管理配置将一个tomct下的session复制到其他的tomcat的session池中，实现真实上的session共享；此种方式需要兼容tomcat配置及需要对其进行扩展，依赖性太强。

已实现的共享方式：

首先配置3个web容器，tomcat1(3301)，tomcat2(3302)、tomcat3(3303)

1、ip_hash

nginx的配置这里不再说明，主要说明ip_hash的配置，简直是简单到节点

upstream backend {
ip_hash;
server localhost:3301 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
server localhost:3302 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
server localhost:3303 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
}

nginx的配置文件nginx.conf引入upstram数据,启动即可。

验证：

过访问web应用，例如http://localhost:8080/login.jsp登录后存储session信息，每次访问这个页面都需要验证session的状态，页面实现的是tomcat1表示，此ip的请求被转发到了tomcat1的服务器上，无论怎么刷新页面，页面显示的都是tomcat1，此时停掉tomcat1，再次刷新页面，页面显示的是tomcat2或是tomcat3的登录页面，此时表示nginx负载目的已经达到，但是session没有共享；局限性显而易见。

2、redis+cookie共享session

原理实现：

1）、登录成功时，将还有redis的key保存到cookie中，将登录用户的信息保存到redis中；

2）、配置拦截器，拦截需要验证登录状态的请求，从cookie中获得redis的key，从redis中获得当前cookie对应的用户信息，对其登录状态进行验证。

验证：

取消nginx的ip_hash配置，登录web，例如例如http://localhost:8080/login.jsp登录后存储session信息，首页显示tomcat1，此时不需要关闭任何tomcat，直接不停的刷新主页就会发现主页的再tomcat1、tocmat2、tomcat3之间来回切换，表示session已正常共享。个人认为此种方式是比较推荐的。

观点：

从功能的核心来看，其目的就是共享session，究其原因就是客户端和服务之间需要一个唯一的值来建立关联关系，此值就是sessionId，无论请求哪个网站通过工具查看cookie都会有发现，有jsessionid的值，此值在于服务器建立连接以后是基本不会变的(后台主动创建新的session)。及时上面的描述的共享方式5，基于session连接池的session管理，也是要依赖sessionid的，通过查看tomcatsession管理的源码，不难发现其也是通过cookie获得的sessionid，那么如果客户端请强制禁用了cookie，该如何获得jsessionId? 之前查阅过资源(未亲自证实)，当浏览器禁用cookie后，请求的地址会被重定向，重定向后会在请求的url中拼接上jsessionid，这个容器就能获得sessionid，也就可以验证session 状态；此种场景有待证实。

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