對于WEB應(yīng)用集群的技術(shù)實(shí)現(xiàn)而言，最大的難點(diǎn)就是如何能在集群中的多個節(jié)點(diǎn)之間保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，會話（Session）信息是這些數(shù)據(jù)中最重要的一塊。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，大體上有兩種方式，一種是把所有Session數(shù)據(jù)放到一臺服務(wù)器上或者數(shù)據(jù)庫中，集群中的所有節(jié)點(diǎn)通過訪問這臺Session服務(wù)器來獲取數(shù)據(jù)；另一種就是在集群中的所有節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行Session數(shù)據(jù)的同步拷貝，任何一個節(jié)點(diǎn)均保存了所有的Session數(shù)據(jù)。兩種方式都各有優(yōu)點(diǎn)，第一種方式簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但是存在著Session服務(wù)器發(fā)生故障會導(dǎo)致全系統(tǒng)不能正常工作的風(fēng)險；第二種方式可靠性更高，任一節(jié)點(diǎn)的故障不會對整個系統(tǒng)對客戶訪問的響應(yīng)產(chǎn)生影響，但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)上更復(fù)雜一些。常見的平臺或中間件如microsoft asp.net和IBM WAS都會提供對兩種共享方式的支持，
tomcat也是這樣，但是一般采用第二種方式。
當(dāng)采用tomcat默認(rèn)集群配置（<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"/>）時，配置的細(xì)節(jié)實(shí)際上被省略了，對于大多數(shù)應(yīng)用而言，使用默認(rèn)配置已經(jīng)足夠，完整的默認(rèn)配置應(yīng)該是這樣：
<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
channelSendOptions="8">
<Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"
expireSessionsOnShutdown="false"
notifyListenersOnReplication="true"/>
<Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
<Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
address="228.0.0.4"
port="45564"
frequency="500"
dropTime="3000"/>
<Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
address="auto"
port="4000"
autoBind="100"
selectorTimeout="5000"
maxThreads="6"/>
<Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
<Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
</Sender>
<Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
<Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatch15Interceptor"/>
</Channel>
<Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
filter=""/>
<Valve className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteBinderValve"/>
<Deployer className="org.apache.catalina.ha.deploy.FarmWarDeployer"
tempDir="/tmp/war-temp/"
deployDir="/tmp/war-deploy/"
watchDir="/tmp/war-listen/"
watchEnabled="false"/>
<ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteSessionIDBinderListener"/>
<ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>
下面筆者對這里的配置項作詳細(xì)解釋，以下內(nèi)容均是筆者閱讀了tomcat官方文檔后自己的理解，有些可能不對，希望讀者能帶著批判的眼光閱讀，并歡迎指正筆者錯誤。
tomcat集群各節(jié)點(diǎn)通過建立tcp鏈接來完成Session的拷貝，拷貝有同步和異步兩種模式。在同步模式下，對客戶端的響應(yīng)必須在Session拷貝到其他節(jié)點(diǎn)完成后進(jìn)行；異步模式無需等待Session拷貝完成就可響應(yīng)。異步模式更高效，但是同步模式可靠性更高。同步異步模式由channelSendOptions參數(shù)控制，默認(rèn)值是8，為異步模式，4是同步模式。在異步模式下，可以通過加上拷貝確認(rèn)（Acknowledge）來提高可靠性，此時channelSendOptions設(shè)為10。
Manager用來在節(jié)點(diǎn)間拷貝Session，默認(rèn)使用DeltaManager，DeltaManager采用的一種all-to-all的工作方式，即集群中的節(jié)點(diǎn)會把Session數(shù)據(jù)向所有其他節(jié)點(diǎn)拷貝，而不管其他節(jié)點(diǎn)是否部署了當(dāng)前應(yīng)用。當(dāng)集群中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多并且部署著不同應(yīng)用時，可以使用BackupManager，BackManager僅向部署了當(dāng)前應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)拷貝Session。但是到目前為止BackupManager并未經(jīng)過大規(guī)模測試，可靠性不及DeltaManager。
Channel負(fù)責(zé)對tomcat集群的IO層進(jìn)行配置。Membership用于發(fā)現(xiàn)集群中的其他節(jié)點(diǎn)，這里的address用的是組播地址（Multicast address，了解更多組播地址詳情請參見http://zyycaesar.javaeye.com/admin/blogs/296501），使用同一個組播地址和端口的多個節(jié)點(diǎn)同屬一個子集群，因此通過自定義組播地址和端口就可將一個大的tomcat集群分成多個子集群。Receiver用于各個節(jié)點(diǎn)接收其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，在默認(rèn)配置下tomcat會從4000-4100間依次選取一個可用的端口進(jìn)行接收，自定義配置時，如果多個tomcat節(jié)點(diǎn)在一臺物理服務(wù)器上注意要使用不同的端口。Sender用于向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)通過Transport配置，PooledParallelSender是從tcp連接池中獲取連接，可以實(shí)現(xiàn)并行發(fā)送，即集群中的多個節(jié)點(diǎn)可以同時向其他所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)而互不影響。Interceptor有點(diǎn)類似下面將要解釋的Valve，起到一個閥門的作用，在數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測或其他操作，如TcpFailureDetector用于檢測在數(shù)據(jù)的傳輸過程中是否發(fā)生了tcp錯誤。關(guān)于Channel的編程模型，請參見http://tomcat.apache.org/tomcat-6.0-doc/api/org/apache/catalina/tribes/Channel.html。
Valve用于在節(jié)點(diǎn)向客戶端響應(yīng)前進(jìn)行檢測或進(jìn)行某些操作，ReplicationValve就是用于用于檢測當(dāng)前的響應(yīng)是否涉及Session數(shù)據(jù)的更新，如果是則啟動Session拷貝操作，filter用于過濾請求，如客戶端對圖片，css，js的請求就不會涉及Session，因此不需檢測，默認(rèn)狀態(tài)下不進(jìn)行過濾，監(jiān)測所有的響應(yīng)。JvmRouteBinderValve會在前端的Apache mod_jk發(fā)生錯誤時保證同一客戶端的請求發(fā)送到集群的同一個節(jié)點(diǎn)，tomcat官方文檔并未解釋如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而且筆者認(rèn)為這一設(shè)置似乎并無多大實(shí)用性。
Deployer用于集群的farm功能，監(jiān)控應(yīng)用中文件的更新，以保證集群中所有節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的一致性，如某個用戶上傳文件到集群中某個節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序目錄下，Deployer會監(jiān)測到這一操作并把這一文件拷貝到集群中其他節(jié)點(diǎn)相同應(yīng)用的對應(yīng)目錄下以保持所有應(yīng)用的一致。這是一個相當(dāng)強(qiáng)大的功能，不過很遺憾，tomcat集群目前并不能做到這一點(diǎn)，開發(fā)人員正在努力實(shí)現(xiàn)它，這里的配置只是預(yù)留了一個接口。
Listener用于跟蹤集群中節(jié)點(diǎn)發(fā)出和收到的數(shù)據(jù)，也有點(diǎn)類似Valve的功能。
在大體了解了tomcat集群實(shí)現(xiàn)模型后，就可以對集群作出更優(yōu)化的配置了，tomcat推薦了一套配置，使用了比DeltaManager更高效的BackupManager，并且對ReplicationValve設(shè)置了請求過濾，注意在一臺服務(wù)器部署多個節(jié)點(diǎn)時需要修改Receiver的偵聽端口，另外，為了更高效的在節(jié)點(diǎn)間拷貝數(shù)據(jù)，所有tomcat節(jié)點(diǎn)最好采用相同的配置，具體配置如下：
<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
channelSendOptions="6">
<Manager className="org.apache.catalina.ha.session.BackupManager"
expireSessionsOnShutdown="false"
notifyListenersOnReplication="true"
mapSendOptions="6"/>
<Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
<Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
address="228.0.0.4"
port="45564"
frequency="500"
dropTime="3000"/>
<Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
address="auto"
port="5000"
selectorTimeout="100"
maxThreads="6"/>
<Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
<Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
</Sender>
<Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
<Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatch15Interceptor"/>
<Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.ThroughputInterceptor"/>
</Channel>
<Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
filter=".*\.gif;.*\.js;.*\.jpg;.*\.png;.*\.htm;.*\.html;.*\.css;.*\.txt;"/>
<Deployer className="org.apache.catalina.ha.deploy.FarmWarDeployer"
tempDir="/tmp/war-temp/"
deployDir="/tmp/war-deploy/"
watchDir="/tmp/war-listen/"
watchEnabled="false"/>
<ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>
Tomcat集群除了可以進(jìn)行Session數(shù)據(jù)的拷貝，還可進(jìn)行Context屬性的拷貝，通過修改context.xml的Context配置可以實(shí)現(xiàn)，使用<Context className="org.apache.catalina.ha.context.ReplicatedContext"/>替換默認(rèn)Context即可，當(dāng)然也可再加上distributable="true"屬性。
下面通過假想的一組場景來描述tomcat集群如何工作，集群采用默認(rèn)配置，由t1和t2兩個tomcat例程組成，場景按照時間順序排列。
1. t1啟動
t1按照標(biāo)準(zhǔn)的tomcat啟動，當(dāng)Host對象被創(chuàng)建時，一個Cluster對象（默認(rèn)配置下是SimpleTcpCluster）也同時被關(guān)聯(lián)到這個Host對象。當(dāng)某個應(yīng)用在web.xml中設(shè)置了distributable時，Tomcat將為此應(yīng)用的上下文環(huán)境創(chuàng)建一個DeltaManager。SimpleTcpCluster啟動membership服務(wù)和Replication服務(wù)（用于建立tcp連接）。
2. t2啟動（待t1啟動完成后）
首先t2會執(zhí)行和t1一樣的操作，然后SimpleTcpCluster會建立一個由t1和t2組成的membership。接著t2向集群中已啟動的服務(wù)器即t1請求Session數(shù)據(jù)，如果t1沒有響應(yīng)t2的拷貝請求，t2會在60秒后time out。在Session數(shù)據(jù)拷貝完成之前t2不會接收客戶端的http或mod_jk/ajp請求。
3. t1接收http請求，創(chuàng)建Session s1
t1正常響應(yīng)客戶請求，但是在t1把結(jié)果發(fā)送回客戶端時，ReplicationValve會攔截當(dāng)前請求（如果filter中配置了不需攔截的請求類型，這一步就不會進(jìn)行，默認(rèn)配置下攔截所有請求），如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前請求更新了Session，調(diào)用Replication服務(wù)建立tcp連接把Session拷貝到membership列表中的其他節(jié)點(diǎn)即t2，返回結(jié)果給客戶端（注意，如果采用同步拷貝，必須等拷貝完成后才會返回結(jié)果，異步拷貝在數(shù)據(jù)發(fā)送到tcp連接就返回結(jié)果，不等待拷貝完成）。在拷貝時，所有保存在當(dāng)前Session中的可序列化的對象都會被拷貝，而不僅僅是發(fā)生更新的部分。
4. t1崩潰
當(dāng)t1崩潰時，t2會被告知t1已從集群中退出，然后t2就會把t1從自己的membership列表中刪除，發(fā)生在t2的Session更新不再往t1拷貝，同時負(fù)載均衡器會把后續(xù)的http請求全部轉(zhuǎn)發(fā)給t2。在此過程中所有的Session數(shù)據(jù)不會丟失。
5. t2接收s1的請求
t2正常響應(yīng)s1的請求，因?yàn)閠2保存著s1的所有數(shù)據(jù)。
6. t1重新啟動
按步驟1、2一樣的操作啟動，加入集群，從t2拷貝所有Session數(shù)據(jù)，拷貝完成后開放自己的http和mod_jk/ajp端口接收請求。
7. t1接收請求，s1失效
t1繼續(xù)接收來自s1的請求，把s1設(shè)置為過期。這里的過期并非因?yàn)閟1處于非活動狀態(tài)超過設(shè)置的時間，而是執(zhí)行類似注銷的操作而引起的Session失效。這時t1并非發(fā)送s1的所有數(shù)據(jù)而是一個類似s1 expired的消息，t2收到消息后也會把s1設(shè)為過期。
8. t2接收請求，創(chuàng)建Session s2
和步驟3一樣。
9. t1 s2過期
對于因超時引起的Session失效t1無需通知t2，因?yàn)閠2同樣知道s2已經(jīng)超時。因此對于tomcat集群有一點(diǎn)非常重要，所有節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)時間必須一致！不然會出現(xiàn)某個節(jié)點(diǎn)Session已過期而在另一節(jié)點(diǎn)此Session仍處于活動狀態(tài)的現(xiàn)象。