Nginx与Tomcat——网站的"前台接待"与"后台车间"

导读：如果你开了一家大餐厅，Nginx就是"前台接待员"——负责迎客、安排座位、把订单送到后厨；Tomcat则是"后厨厨师"——专门处理Java菜品（动态网页）。前台接待员还能同时服务很多桌客人（高并发），而后厨厨师则专注做好每一道菜。本章我们就来搭建这套"前厅+后厨"系统！

一、Nginx入门

1.1 Nginx是什么？

Nginx（发音"Engine-X"）是一款高性能的 Web服务器 和 反向代理服务器，由俄罗斯程序员Igor Sysoev开发。

Nginx的核心能力：

1.2 Nginx的事件驱动模型

问题场景：Apache使用"一个连接一个进程/线程"的模型，当并发连接数达到几千时，内存消耗巨大。

解决方案：Nginx使用事件驱动（Event-Driven）+ 异步非阻塞模型，一个Worker进程可以同时处理数千个连接。

生活类比：

• Apache = 每个客人配一个专属服务员（人少时服务好，人多时服务员不够用）
• Nginx = 少数几个服务员同时照看很多桌客人（客人点完菜后服务员去服务下一桌，菜做好了再回来上菜）

        用户请求 ──→ [Master进程] ──→ [Worker1] ──┐
                       管理        ──→ [Worker2] ──┤──→ 后端服务器
                                     ──→ [Worker3] ──┘

1.3 安装Nginx

提示：如需安装最新稳定版，需先添加Nginx官方源。RHEL系创建 /etc/yum.repos.d/nginx.repo；Debian系通过 add-apt-repository 添加PPA。

二、Nginx目录结构

三、nginx.conf详解

3.1 配置文件整体结构

# ===== 全局块 =====
user nginx;                          # 运行用户
worker_processes auto;               # Worker进程数（auto=匹配CPU核心数）
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

# ===== events块 =====
events {
    use epoll;                       # 事件模型（Linux推荐epoll）
    worker_connections 10240;        # 每个Worker最大并发连接数
}

# ===== http块 =====
http {
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;

    log_format main '$remote_addr - [$time_local] "$request" $status $body_bytes_sent';
    access_log /var/log/nginx/access.log main;

    sendfile on;        # 零拷贝传输
    keepalive_timeout 65;
    gzip on;            # 响应压缩
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript;

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;  # 引入虚拟主机配置
}

3.2 关键配置参数

互动提问：如果服务器有8核CPU，worker_processes 设多少最合适？为什么不能设太大？
（答：设8或auto。设太大会导致进程切换开销增加，反而降低性能。）

四、虚拟主机（Server块）

4.1 为什么需要虚拟主机？

问题场景：一台服务器只有一个公网IP，但要托管 www.school-a.com 和 www.school-b.com 两个网站。

解决方案：Nginx通过虚拟主机，根据请求的域名（Host头）将流量路由到不同的网站目录。

生活类比：一栋大楼有多个门牌号，快递员根据门牌号把包裹送到不同的公司——虽然都在同一栋楼里。

4.2 配置多个虚拟主机

网站A配置（/etc/nginx/conf.d/school-a.conf）：

server {
    listen 80;
    server_name www.school-a.com school-a.com;
    root /var/www/school-a;
    index index.html index.htm;
    access_log /var/log/nginx/school-a.access.log main;

    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}

网站B配置（/etc/nginx/conf.d/school-b.conf）：

server {
    listen 80;
    server_name www.school-b.com school-b.com;
    root /var/www/school-b;
    index index.html;

    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }

    # 静态资源缓存30天
    location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
        expires 30d;
    }
}

# 创建目录、放入测试页面、设置权限
mkdir -p /var/www/school-a /var/www/school-b
echo "<h1>Welcome to School A</h1>" > /var/www/school-a/index.html
echo "<h1>Welcome to School B</h1>" > /var/www/school-b/index.html
chown -R nginx:nginx /var/www/
nginx -t && nginx -s reload

五、反向代理（proxy_pass）

5.1 什么是反向代理？

问题场景：后端有Tomcat（Java应用）、Node.js等多个服务，它们分别运行在不同的端口上。但用户访问时只输入域名，不可能记住端口号。

解决方案：Nginx作为反向代理，统一监听80/443端口，根据URL路径把请求转发到对应的后端服务。

生活类比：反向代理 = 公司前台。来访者只认识公司总机号码（80端口），前台根据来访目的（URL路径）转接到不同部门（后端服务）。

用户浏览器 ──→ Nginx(:80) ──→ /api/   → Tomcat(:8080)
                              /admin/ → Node.js(:3000)
                              /       → 静态文件

5.2 反向代理配置

server {
    listen 80;
    server_name www.example.com;

    # 转发给Tomcat
    location /app/ {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8080/;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }

    # 静态文件直接由Nginx处理
    location /static/ {
        alias /var/www/static/;
        expires 7d;
    }
}

关键header：Host（传递域名）、X-Real-IP（真实客户端IP）、X-Forwarded-For（代理链IP）、X-Forwarded-Proto（原始协议）。

六、负载均衡

6.1 为什么需要负载均衡？

问题场景：一台Tomcat服务器扛不住每秒1万次的请求，怎么办？

解决方案：部署多台Tomcat服务器，用Nginx把请求均匀分配给它们。

生活类比：银行有5个窗口，大堂经理（Nginx）引导客户到空闲的窗口办理业务，避免所有人挤在一个窗口。

6.2 负载均衡策略

策略1：轮询（Round Robin）——默认

upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    server 192.168.1.12:8080;
}

请求依次分配给每台服务器：1→2→3→1→2→3...

策略2：权重（Weight）

upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080 weight=5;   # 性能好的多分配
    server 192.168.1.11:8080 weight=3;
    server 192.168.1.12:8080 weight=2;
}

性能强的服务器承担更多请求。

策略3：IP哈希（ip_hash）

upstream backend {
    ip_hash;   # 同一IP始终分配到同一后端
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
}

解决session问题——同一个用户的请求始终到同一台后端。

策略4：最少连接（least_conn）

upstream backend {
    least_conn;  # 分配给当前连接数最少的服务器
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
}

策略5：fair（需第三方模块）——按后端响应时间分配，响应快的多分配。

6.3 健康检查与故障转移

upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.11:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.12:8080 backup;  # 备用服务器
}

• max_fails=3：失败3次后标记为宕机
• fail_timeout=30s：30秒后重试
• backup：仅在所有主服务器不可用时启用

互动提问：如果3台后端服务器性能不同（4核/8核/16核），应该用什么负载均衡策略？
（答：使用weight权重策略，按性能比例分配，如 weight=2/4/8。）

七、Rewrite规则

7.1 为什么需要URL重写？

问题场景：

• 老网站改版后URL变了，旧链接访问会404
• 需要把HTTP自动跳转到HTTPS
• 需要美化URL（去掉.php/.jsp等后缀）

解决方案：Nginx的rewrite模块可以在请求到达location之前或之后修改URL。

7.2 Rewrite常用指令

# HTTP强制跳转HTTPS（最常用）
server {
    listen 80;
    server_name www.example.com;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

# 旧URL重定向
rewrite ^/old-page\.html$ /new-page.html permanent;    # 301永久
rewrite ^/temp\.html$ /new-temp.html redirect;          # 302临时

# 伪静态
rewrite ^/article/(\d+)$ /article.php?id=$1 last;

rewrite flag说明：

八、日志管理

8.1 日志格式自定义

# 定义详细的日志格式（在http块中）
log_format detailed '$remote_addr - [$time_local] '
                    '"$request" $status $body_bytes_sent '
                    '"$http_referer" "$http_user_agent" '
                    '$request_time $upstream_response_time';

# 使用自定义格式
server {
    access_log /var/log/nginx/access.log detailed;
}

常用日志变量：$remote_addr（客户端IP）、$request（请求行）、$status（状态码）、$request_time（响应时间）、$upstream_response_time（后端响应时间）。

8.2 日志切割

Nginx不会自动切割日志，使用logrotate配置（/etc/logrotate.d/nginx）：

/var/log/nginx/*.log {
    daily
    rotate 30          # 保留30天
    compress           # 压缩旧日志
    missingok
    notifempty
    postrotate
        [ -f /var/run/nginx.pid ] && kill -USR1 $(cat /var/run/nginx.pid)
    endscript
}

九、SSL/HTTPS配置

9.1 为什么需要HTTPS？

问题场景：HTTP是明文传输，用户名密码在传输过程中可以被中间人窃取。

解决方案：配置SSL证书，启用HTTPS加密传输。

9.2 SSL配置实战

server {
    listen 443 ssl;
    server_name www.example.com;

    ssl_certificate     /etc/nginx/ssl/server.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_session_cache shared:SSL:10m;

    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000" always;

    root /var/www/html;
    index index.html;
    location / { try_files $uri $uri/ =404; }
}

# HTTP自动跳转HTTPS
server {
    listen 80;
    server_name www.example.com;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

生成自签名证书（测试用）：

openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 \
    -keyout /etc/nginx/ssl/server.key -out /etc/nginx/ssl/server.crt \
    -subj "/CN=www.example.com/O=MyOrg/C=CN"

注意：生产环境应使用Let's Encrypt免费证书。安装certbot后一条命令搞定：

# RHEL: yum install certbot python3-certbot-nginx -y
# Debian: apt install certbot python3-certbot-nginx -y
certbot --nginx -d www.example.com

十、LNMP架构

LNMP = Linux + Nginx + MySQL + PHP，是一套经典的Web服务架构。

用户浏览器 → Nginx（静态文件直接处理，动态请求转发）→ PHP-FPM → MySQL

Nginx + PHP-FPM 核心配置：

server {
    listen 80;
    server_name www.phpsite.com;
    root /var/www/phpsite;
    index index.php index.html;

    location ~ \.php$ {
        fastcgi_pass unix:/run/php-fpm/www.sock;
        fastcgi_index index.php;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
        include fastcgi_params;
    }
}

安装PHP-FPM：

十一、Tomcat入门

11.1 Tomcat是什么？

Tomcat是Apache基金会开发的 Java Web容器（Servlet容器），用于运行Java Web应用（JSP、Servlet）。

生活类比：如果Nginx是"餐厅前台"，那Tomcat就是"后厨"——专门处理需要"现做"的动态菜品（Java应用）。

11.2 安装JDK和Tomcat

安装JDK：

安装Tomcat（两个系统通用步骤）：

# 下载并解压Tomcat（以9.0为例）
cd /opt
wget https://archive.apache.org/dist/tomcat/tomcat-9/v9.0.80/bin/apache-tomcat-9.0.80.tar.gz
tar -xzf apache-tomcat-9.0.80.tar.gz && ln -s apache-tomcat-9.0.80 tomcat

# 创建tomcat用户（安全实践，不用root运行）
useradd -r -s /sbin/nologin tomcat
chown -R tomcat:tomcat /opt/tomcat

# 设置环境变量（/etc/profile.d/tomcat.sh）
export CATALINA_HOME=/opt/tomcat
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk   # Debian系用 java-11-openjdk-amd64

# 创建systemd服务文件 /etc/systemd/system/tomcat.service
# [Service] 段关键配置：
# Type=forking  User=tomcat
# Environment="JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk"
# Environment="CATALINA_HOME=/opt/tomcat"
# ExecStart=/opt/tomcat/bin/startup.sh
# ExecStop=/opt/tomcat/bin/shutdown.sh

# 启动
systemctl daemon-reload && systemctl enable --now tomcat

11.3 Tomcat目录结构

十二、server.xml配置详解

12.1 核心配置结构

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">
    <!-- 连接器：定义Tomcat监听的端口和协议 -->
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443"
               maxThreads="200" minSpareThreads="25"
               acceptCount="100" URIEncoding="UTF-8" />

    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <!-- 虚拟主机 -->
      <Host name="localhost" appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true" />
    </Engine>
  </Service>
</Server>

层级关系：Server → Service → Connector + Engine → Host → Context

12.2 Connector关键参数

12.3 配置虚拟主机（Host）

在 <Engine> 内添加新的 <Host> 节点：

<Host name="www.myapp.com" appBase="/data/myapp"
      unpackWARs="true" autoDeploy="true">
    <Context path="" docBase="/data/myapp/ROOT" reloadable="true" />
</Host>

十三、部署WAR包

13.1 部署步骤

# 方法1：直接复制到webapps（最简单，Tomcat自动解压）
cp myapp.war /opt/tomcat/webapps/

# 方法2：部署为ROOT应用（访问根路径）
rm -rf /opt/tomcat/webapps/ROOT
cp myapp.war /opt/tomcat/webapps/ROOT.war

# 验证部署
tail -f /opt/tomcat/logs/catalina.out    # 查看启动日志
curl -I http://localhost:8080/myapp/     # 测试访问

十四、多实例部署（CATALINA_BASE）

14.1 为什么需要多实例？

问题场景：一台服务器上需要运行多个不同的Java应用，每个应用需要独立的配置、日志和webapps目录。

解决方案：使用 CATALINA_BASE 实现多实例，共享同一份Tomcat程序文件（CATALINA_HOME），但各自有独立的运行目录。

# 创建实例目录并复制配置
mkdir -p /opt/tomcat-instance1/{conf,logs,webapps,temp,work}
mkdir -p /opt/tomcat-instance2/{conf,logs,webapps,temp,work}
cp /opt/tomcat/conf/* /opt/tomcat-instance1/conf/
cp /opt/tomcat/conf/* /opt/tomcat-instance2/conf/

# 修改各实例端口避免冲突
# instance1: Server=8006, Connector=8081
# instance2: Server=8007, Connector=8082

chown -R tomcat:tomcat /opt/tomcat-instance1 /opt/tomcat-instance2

创建systemd服务（以instance1为例）：

# /etc/systemd/system/tomcat-instance1.service
[Service]
Type=forking
User=tomcat
Environment="CATALINA_HOME=/opt/tomcat"
Environment="CATALINA_BASE=/opt/tomcat-instance1"
ExecStart=/opt/tomcat/bin/startup.sh
ExecStop=/opt/tomcat/bin/shutdown.sh

systemctl daemon-reload
systemctl start tomcat-instance1
systemctl start tomcat-instance2

十五、Nginx + Tomcat集群

15.1 整体架构

                    ┌──→ Tomcat-1 (:8080) ──→ MySQL主库
用户 ──→ Nginx ──┤──→ Tomcat-2 (:8080) ──→ MySQL从库
                    └──→ Tomcat-3 (:8080) ──→ Redis（Session共享）

15.2 Nginx负载均衡配置

upstream tomcat_cluster {
    server 192.168.1.10:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.11:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.12:8080 backup;
    keepalive 32;
}

server {
    listen 80;
    server_name www.example.com;

    location / {
        proxy_pass http://tomcat_cluster;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Connection "";
    }

    # 静态文件由Nginx处理
    location ~* \.(html|css|js|jpg|png|gif|ico)$ {
        root /var/www/static;
        expires 7d;
    }
}

15.3 Session管理方案

问题：用户登录Tomcat-1后，下次请求被分配到Tomcat-2，Session丢失。

互动提问：如果不用Redis，只用ip_hash策略来保持Session，会有什么风险？
（答：当某台Tomcat宕机时，该服务器上所有用户的Session会丢失。Redis共享Session不受此影响。）

十六、常见故障排查

16.1 Nginx常见故障

Nginx排障命令：

nginx -t                           # 测试配置文件语法
ps aux | grep nginx                # 查看Nginx进程
tail -100 /var/log/nginx/error.log # 查看错误日志
curl -I http://localhost/          # 测试是否正常响应
nginx -V                           # 查看编译参数（排查模块问题）

16.2 Tomcat常见故障

Tomcat排障与调优：

tail -200 /opt/tomcat/logs/catalina.out  # 查看Tomcat日志
ss -tlnp | grep 8080                     # 检查端口占用
jps -l                                   # 查看Java进程
jstack PID                               # 查看线程栈（排查卡死问题）

# 增加JVM内存（编辑 /opt/tomcat/bin/setenv.sh）
export CATALINA_OPTS="$CATALINA_OPTS -Xms512m -Xmx1024m -XX:+UseG1GC"

16.3 综合排障流程

网站打不开 → ping服务器 → 不通 → 检查防火墙/路由
            → ping通
            → curl测试 → 无响应 → systemctl status nginx
            → 有响应
            → 502 → Tomcat挂了（systemctl status tomcat）
            → 504 → 后端超时（查看Tomcat负载和日志）
            → 403 → 权限/SELinux问题
            → 200但空白 → 应用bug（查应用日志）

附录A：运维常用命令精选

附录B：趣味命令

# 1. 用一行命令启动一个简易静态网站（适合临时分享文件）
python3 -m http.server 8888
# 然后浏览器访问 http://你的IP:8888

# 2. 查看Nginx处理了多少个请求（需要配置stub_status）
curl -s http://localhost/nginx_status

# 3. 实时查看访问量最高的IP（Top 10）
watch -n 5 'awk "{print \$1}" /var/log/nginx/access.log | sort | uniq -c | sort -rn | head -10'

# 4. 看看Nginx承受了多少个并发连接
ss -tn | grep ':80 ' | wc -l

# 5. 一键查看Tomcat的JVM内存使用情况
jmap -heap $(pgrep -f 'catalina')

# 6. 快速生成测试用SSL证书
openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 \
    -keyout test.key -out test.crt -subj "/CN=test.local"

# 7. 用Apache Bench做简单压力测试
# RHEL: yum install httpd-tools  |  Debian: apt install apache2-utils
ab -n 1000 -c 50 http://localhost/

# 8. 监控Nginx错误日志，出现错误时高亮提醒
tail -f /var/log/nginx/error.log | grep --color=always -E "error|crit|alert|emerg|$"

# 9. 查看Tomcat部署了哪些应用
ls -la /opt/tomcat/webapps/ | grep "^d"

# 10. 测试Nginx响应速度（10次取平均）
for i in $(seq 1 10); do curl -o /dev/null -s -w "%{time_total}\n" http://localhost/; done | awk '{sum+=$1} END {print "平均:", sum/NR, "秒"}'

小结：Nginx以其事件驱动的高并发能力，成为Web服务的"前台接待"；Tomcat作为Java Web容器，承担动态内容的处理。两者配合负载均衡、SSL终结、反向代理等能力，构成了企业级Web服务的基础架构。掌握Nginx+Tomcat的部署和调优，是运维工程师的核心技能之一。