Java EE集群技术初探

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-10-01 01:53 173阅读 0赞

Java EE集群技术初探

### [第一部分(对一些术语的解释)][Link 1] ###

越来越多的任务关键型与大规模应用运行在Java EE技术上。有的应用例如银行的或者是记费系统需要越来越高的高可用性(HA)，另外一些应用比如像Google或者是Yahoo则需要越来越好的可扩展性。eBay在99年的22小时宕机，造成230万笔交易的中断，影响其股价下跌9.2%。这个示例充分证明了高可用性和可扩展性在今天变得越来越重要。  
   
Java EE的集群技术是为了提供高可用和有容错能力的可扩展服务。但是由于Java EE缺少此方面的规范，所以Java EE的供应商都使用不同的技术来实现集群，为此对开发人员和架构师带来一定的问题，例如：  
   
有集群功能选项的Java EE服务器为什么会那么贵？(可能比没有的要贵10倍)   
我的程序按照标准Java EE规范编写，为何不能在集群环境下运行？   
为何我的程序在集群环境下运行得更慢？   
为何要移植在集群环境下的程序那么复杂？   
   
所以，我们通过探讨Java EE集群环境的实现方式来理解并解决上述问题。  
   
   
一些基本的概念  
在真正开始探讨实现技术之前，我们先来了解一些基本的概念。了解这些概念不仅是理解Java EE集群技术的基础，而且勾勒出了构建集群的不同技术实现的关键点，更易于理解实现。  
   
可扩展性(scalability)  
在一些大规模的系统中，不太好预估确切的在线用户数和他们的行为。可扩展性即指系统能够支撑用户数量激增的情况。立马能想到的提高可扩展性(在线并发会话)的办法是在服务器上增加资源(内存、CPU……)。集群技术是解决这个问题的另一途径。集群支持一组服务器从逻辑上作为单独的服务器运行，但共同分担系统负载。  
   
高可用性(high availability)  
采用单一服务器解决方案(增加内存、CPU等)来解决可扩展性的问题并非完美，因为系统失败集中于一点(单一服务器)上。任务关键型的应用(银行的或者是计费系统)不能容忍哪怕只有一分钟的宕机。所以需要这些服务在任何时刻都必须可以访问。集群技术是达到这类高可用要求的解决方案，它通过在集群中提供附加的服务器来保证一旦其中的某个服务器宕机时服务的延续性。  
   
负载均衡(load balance)  
负载均衡是集群技术中重要的一部分。通过将请求分发到不同的服务器，它提供了可同时获得高可用性和更高性能的服务的方法。简单的负载均衡器可以是一个Servlet或一些插件，复杂的负载均衡器可能是高级的嵌入了SSL加速器的硬件设备。除了分发请求之外，负载均衡器还负责执行一些重要的任务：  
“会话持久”用来确保用户会话生命周期在一台服务器上的完整性。   
“心跳”来检查失败的服务器。   
在某些情况下，负载均衡器需要参与“失败转移”的过程，下文中会提及。   
   
容错(fault tolerance)  
高可用环境下的数据不见得肯定是正确的数据。在Java EE集群中，当一个服务器实例宕机(以后统称“失败”)后，服务通过集群中别的服务器依然可用。但是在失败的那台服务器中正在处理的请求也许就不能获取正确的数据了。所以，容错技术可始终保证在特定的错误环境下也能执行正确的行为。  
   
失败转移(Failover)  
失败转移是集群当中的另一项实现容错的重要技术。失败转移通过在集群中选择另一节点，将能延续失败节点上的服务。失败转移可通过代码指定或者自动通过底层平台的通信链路进行自动切换。  
   
幂等方法(Idempotent methods)  
幂等函数，或幂等方法，是指可以使用相同参数重复执行，并能获得相同结果的函数。这些函数不会影响系统状态，也不用担心重复执行会对系统造成改变。例如，“getUsername()”函数就是一个幂等函数，“deleteFile()”函数就不是。“幂等”是HTTP Session和EJB失败转移中的一个重要概念。

第二部分 什么是Java EE集群

**Java EE** **集群**

总的来讲， Java EE 集群技术包括 “ 负载均衡 ” 和 “ 失败转移 ” 两个部分。

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在上图中， “ 负载均衡 ” 即指由许多客户端对象 (Client Object) 同时请求目标对象 (Target Object) 。负载均衡器位于调用方和被调用方中间，可以将请求分发至功能相同但位置不同的目标对象中。高性能和高可用性都可通过这种方法实现。

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如上图， “ 失败转移 ” 的工作方式和负载均衡不同。通常，客户端对象可成功请求目标对象。如果目标对象在请求过程中失败， “ 失败转移 ” 系统将监测到失败，并将后续的请求重定向至另一个可用的对象上。可通过这种方法实现容错。

那么，什么类型的对象可以集群呢？在 Java 代码中如何体现负载均衡和失败转移的点呢？实际上，并不是所有的对象都可以被集群起来，负载均衡和失败转移也不可能在任意一行 Java 代码上发生。

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查看上述代码。 A 类中 business() 方法的代码可以被负载均衡或失败转移么？我们的答案是不会。对于负载均衡和失败转移来说，都需要在调用方和被调用方之间有一个监听器来负责分发或重定向对不同对象的方法调用。 A 类和 B 类的对象运行在相同的 JVM 中，并且紧密关联，我们很难在方法调用之间添加分发逻辑。

所以，什么类型的对象可以被集群起来呢？答案是只有那些能够被部署在分布式拓扑环境下的组件对象。

所以，何时产生负载均衡和失败转移的行为呢？答案是只有在调用分布式对象的方法时。

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如上图所示，在分布式环境下，调用方和被调用方被明确分隔在不同的运行时容器中。可通过不同的 JVM 、进程或计算机来进行分隔。

当客户端调用目标对象时，即在目标对象的容器中执行方法 ( 所以称之为 “ 分布式 ”) 。客户端和目标对象通过标准的网络协议通信。通过这些特性，可使用一些机制来干预方法调用的路径达到负载均衡和失败转移的目的。

在上图中，浏览器可能通过 HTTP 协议调用远程 JSP 对象。 JSP 在 Web 服务器中执行，浏览器并不关心执行过程，它只等待结果。在这种情况下，即可在浏览器和 Web 服务器中间加上能实现负载均衡和失败转移功能的组件。在 Java EE 中，分布式技术包括： JSP(Servlet) 、 JDBC 、 EJB 、 JNDI 、 Web 服务等。负载均衡和失败转移在调用这些分布式方法的时候发生。下面，我们就来深入探讨这些技术细节。

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