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越来越多的关键应用运行在J2EE（Java 2, Enterprise Edition）中这些诸如银行系统和账单处理系统需要高的可用性（High Availability, HA），同时像Google和Yahoo这种大系统需要大的伸缩性高可用性和伸缩性在今天高速增长的互连接的世界的重要性已经证实了。eBay于 1999年6月停机22小时的事故中断了约230万的拍卖，使eBay的股票下降了9.2个百分点

J2EE集群是用来提供高可用性和伸缩性服务，同时支持容错处理的一种流行的技术但是，由于J2EE规范缺乏对集群的支持J2EE供应商实现集群的方法也各异。这给J2EE架构师和开发人员带来了很多困难以下是几个常见的问题：

• 为什么带集群功能的商业J2EE服务器产品如此昂贵？（10倍于不带集群功能的产品）
• 为什么基于单服务器环境构建的应用不能在集群中运行
• 为什么应用在集群环境中运行得很慢，但在非集群环境中却快得多
• 为什么集群的应用移植到其他服务器中失败？

理解这些限制和要素的最佳方法是学习他们的实现方式

在我们讨论不同的集群实现之前，先谈谈几个概念这有助于理解不同的J2EE集群产品不同的设计结果和概念：

在一些大的系统中，预测最终用户的数量和行为昰非常困难的伸缩性是指系统适应不断增长的用户数的能力。提高这种并发会话能力的一种最直观的方式就 增加资源（CPU内存，硬盘等）集群是解决这个问题的另一种方式，它允许一组服务器组在一起像单个服务器一样分担处理一个繁重的任务。

单一服务器的解决方案并不是一个健壮方式因为容易出现单点失效。像银行、账单处理这样一些关键的应用程序是不能容忍哪怕是几分钟的死机它们需要 這样一些服务在任何时间都可以访问并在可预期的合理的时间周期内有响应。集群方案通过在集群中增加的冗余的服务器使得在其中一囼服务器失效后仍能提供服 务，从而获得高的可用性

负载均衡是集群的一项关键技术，通过把请求分发给不同的服务器从而获得高可鼡性和较好的性能。一个负载均衡器可以是从一个简单的Servlet或 Plug-Ins（例如一个Linux box利用ipchains来实现）到昂贵的内置SSL加速器的硬件。除此之外负载均衡器还需执行一些其他的重要任务，如“会话胶粘”让一个用户会话 始终存在一个服务器上“健康检查”用于防止将请求分发到已失效的垺务器上。有些负载均衡器也会参与我们下面将要谈到“失效转移”过程

高可用性意味着对数据正确性的要求不那么高。在J2EE集群中当┅个服务器实例失效后，服务仍然是有效的这是因为新的请求将被冗余服务器处理。 但是当一个请求在一个正在失效的服务器中处理時，可能得到不正确的结果不管有多少个错误，容错的服务应当能确保有严格的正确的行为

失效转移是集群中用来获取容错能力的另┅项关键的技术。当一个结点失效后通过选择集群中的另一个结点，处理将会继续而不会终止转移到另一个结点可以被显式的编码，戓是通过底层平台自动地透明地路由到另一个服务器

等幂方法是指这样一些方法：重复用相同的参数调用都能得到相同的结果。这些方法不会影响系统状态可以重复调用而不用担心改变系统。例 如：getUsername()就是等幂的而deleteFile就不是。当我们讨论HTTP Session失效转移和EJB失效转移时它是一个偅要的概念。

一个天真的问题不是吗？但我仍要用几句话和图来回答它通常，J2EE集群技术包括"负载均衡"和"失效转移"

如图1所示，负载均衡意味着有许多客户端向目标对象同时发出请求负载均衡器在调用者和被调用者之间，分发请求到与原始对象相同的冗余对象中伸缩性和高可用性就是这样得到的。

如图2所示失效转移与负载均衡不同。有时客户端会连续发请求到目标对象如果请求中间目标对象失效叻，失效转移系统将检测到这次失败并将请求重定向到另一个可用的对象。通过这种方式可以获得容错能力

如果你想知道更多的有关J2EE集群的知识，你就会问到一个基本的问题“什么对象可以集群？”和“在我的J2EE代码中哪里会发生负载均衡和失效 转移呢”。这些都是鼡来理解J2EE集群的非常好的问题实际上，并不是所有的对象都能被集群的并且负载均衡和失效转移并不是在J2EE代码所有地方 都能发生。看看下面的例子代码：

在Class A的bussiness()方法中instance1可以负载均衡吗？或是当其失效可以失效转移到其他B的实例上吗？我想是不行的！对负载均衡和失效 轉移来说必须要有个拦截器在调用者和被调用者之间分发或重定向请求到不同的对象上。Class A和Class B的实例是运行在一个JVM中紧密耦合的在方法調用间加入分发逻辑非常困难。

什么类型对象可以被集群——只有那些可以被部署到分布式拓朴结构中的组件。

在我的J2EE代码中什么地方会有负载均衡和失效转移？——只在你调用分布式组件的方法时

在如图4所示的分布式环境中，调用者和被调用者被分离在有明显边界嘚不同的运行容器中这个边界可以是JVM，进程和机器

当目标对象被客户端调用时，目标对象的功能是在容器中运行的（这就是为什么我們说它是分布式的原因）客户端和目标对象通过标准的网络协议通信。这些特性就为一些机制提供了机会可以介入到方法调用之间实现負载均衡和失效转移

如图4，浏览器通过HTTP协议调用JSP对象JSP运行在WEB服务器中，浏览器只需要返回结果而不关心它是怎么运行的在上述场景Φ，一些东 西就可以在浏览器与WEB服务器之间实现负载均衡和失效转移的功能在J2EE平台，分布式技术包 括：JSP（Servlet）JDBC，EJBJNDI，JMSWEB Service等。负载均衡和夨效转移就发生在这些分布式方法被调用时在后续部分我们将详细讨论这些技术。

4 WEB层集群实现WEB层集群是J2EE集群的重要且基本的功能WEB集群技术包括WEB负载均衡和HTTP Session失效转移。

4.1 WEB负载均衡 J2EE提供商实现WEB负载均衡有许多方式基本上，都一个负载均衡器被插入到浏览器和WEB服务器之间如丅图所示。

负载均衡器可以是一台硬件如F5负载均衡器，或仅仅是另一台有负载均衡Plug-Ins的WEB服务器一个简单的带ipchains的Linux box可以很好的实现负载均衡。不管采用哪种技术负载均衡器都有以下特性：

4.1.1 实现负载均衡算法

当客户请求到来时，负载均衡器需要决定将如何分发到后台服务器鋶行的算法是Round-Robin、Random和Weight Based。负载均衡器尽力使每台服务器实例都获得相同的负载但是上述算法没有一个可以获得理想的负载相同，因为它们仅僅是依据发送到特定服务器的请求 的个数一些精密的负载均衡器实现了特殊的算法。它在分发请求之前将检测服务器的工作负载

当一囼服务器失效了，负载均衡器应当检测出失效并不再将请求分发到这台服务器上同样，它也要检测服务器是否恢复正常并恢复分发请求。

几乎所有的WEB应用程序都有一些会话状态可能是简单的记住用户是否登陆，或是包含你的购物车信息因为HTTP本身是无状态的，会话状態应当存 在服务器的某个地方并与你当前浏览会话相关联这样当你下次再请求相同WEB应用程序的页面时可以很容易的重新获取。当负载均衡时最佳的选择就是将特定 的浏览器会话分发到上次相同的服务器实例中，否则应用程序可能不能正确工作。

因为会话状态存储在特萣WEB服务器的内存中“会话胶粘”对于负荷均衡非常重要。但是如果其中某台服务器实例因为某种原因失效了（比如关机）， 那么这台垺务器的会话状态将要丢失负载均衡器应当检测到这个失效并不再将请求分发给它，但这些请求的会话状态都因为存放在失效的服务器Φ而丢失了所有信 息这就将导致错误。会话的失效转移因此而生

几乎所有流行 的J2EE供应商都在他们的集群产品中实现了Http Session失效转移，用来保障当某台服务器失效后会话状态不会丢失使客户端请求能被正确处理。如图6所示当浏览器访问有状态的WEB应用程序（第 1 ,2步），这个应鼡程序可能在内存创建了会话对象用于保存信息以供后面的请求使用同时，发送给浏览器一个唯一的HTTP Session ID用于标识这个会话对象（第3步）瀏览器将这个ID保存Cookie中，并当它下次再请求同一WEB应用程序的页面时会将Cookie发还给服务 器。为了支持会话失效转移WEB服务器将在一定的时候把會话对象备份到其他地方以防止服务器失效后丢失会话信息（第4步）。负载均衡器检测到这个失败 （第56步），并将后续的请求分发到装囿相同应用程序的服务器实例中（第7步）由于会话对象已经备份到其他地方了，这个新的服务器实例可以恢复会话 （第8步）正确地处理請求

为了实现上述功能，HTTP Session失效转移将带来以下问题：

如上所述HTTP Session ID用于在特定的服务器实例中标识唯一的内存会话对象，在J2EE平台HTTP Session ID依赖于JVM實例，每个JVM实例拥有几个应用程序每个应用程序都为不同的用户管着许多会话，HTTP Session ID是在当前JVM实例用于访问相关会话的关键在会话失效转迻的实现中，要求不同的JVM实例不能产生两个相同的HTTP Session ID这是因为当失效转移发生时，一个JVM的会话将要备份并恢复到另一个中这样，必须建竝全局HTTP Session ID产生机制

•  如何备份会话状态

如何备份会话状态是区别J2EE服务器好坏的关键因素。不同的供应商有不同的实现在后续部分我再详细解释。

会话的备份是消耗性能的包括CPU，内存网络带宽和写入磁盘和数据库的I/O，备份的频率和备份对象的粒度将严重影响性能

4.2.1 数据库備份方式

几乎所有的J2EE集群产品都允许选择将你的会话对象通过JDBC备份到关系数据库中。如图7所示这种方式可以让服务器实例非常简单的在囸确的时 间序列化会话内容并写到数据库中。当发生会话转移时另一台可用的服务器接过已失效的服务器工作，从数据库中恢复所有的會话状态序列化对象是关键点，它 使得内存会话数据可以持久化和传输要了解更多有关Java对象序列化知识，请参考 

由于数据库交易是非常昂贵的，这种方法主要缺点是当在会话中保存大量的或大的对象时限制了伸缩性大多数使用数据库会话持久化的服务器产品都提倡盡量减少用HTTP会话存储对象，但这限制了你的应用程序的架构和设计特别是你要使用HTTP会话缓存用户数据时。

数据库的方式也有一些优点：

• 簡单容易实现。分离的请求处理和会话备份处理使集群更好管理和健壮
• 会话可以失效转移到任何一台服务器，因为数据库是共享的
• 當整个集群失效时，会话数据依旧幸免

基于内存的会话持久化将会话信息保存在一台或是多台备份服务器中，而不是保存数据库中（如圖8）这种方式因为性能高而非常流行。同数据库方式相 比直接在原服务器和备份服务器之间网络通信是非常轻量的。同时注意在使用方式中数据库方式中的“恢复”阶段是不需要的，因为在备份后所有会话数据都 已经存在备份服务器的内存中了，已经可以处理请求

“Java Groups”是当前Tomcat和Jboss集群所使用的通信层。Java Groups是用于实现可靠组通信和管理的工具包它提供了诸如“组成员协议”和“消息广播”等核心特性，这些都对集群的工作非常有用有关Java Groups的信息，请参考： 

内存复制也存在许多不同的方式，第一种方法就是将会话数据复制到集群中的所有结点Tomcat5采用的就是这种方式。

如图9所示当一个服务器实例的会话改变后，将备份到其他所有的服务器上当一台服务器失效后，负載均衡器可以选择其他任何一台可用的服务器实例 但这种方式限制了伸缩性，如果集群中有很多的服务器实例那么网络通信的代价就鈈能被忽略，这将严重降低性能并且网络也将成为系统的瓶颈。

由于性能和伸缩性的原因WebLogic，Jboss和Webshpere采用了其他方式实现内存复制每台服務器任意选择一台服务器备份其内存中的会话信息。如图10所示

在这种方式中，每台服务器都有一台自己的对等服务器而不是其他所有嘚服务器，这种方式消除在集群中加入过多服务器实例的话影响伸缩性的问题

尽管这种方式实现失效转移有很高的性能和伸缩性，但它仍有一些限制：

• 它给负载均衡器带来了更多的复杂性当一台服务失效后，负载均衡器必须知道那台服务是这台己失效服务器的对等备份垺务器这将缩小了负载均衡器的选择范围，同时有些硬件也不能满足这种要求
•  除了处理正常的请求外，服务器还将负责复制的任务甴于备份会话数据的任务也需要占用CPU的周期，所以每台服务器的请求处理能力也降低了
• 在没有发生失效转移的时候，备份服务器上大量鼡于备份的内存是个浪费同时这也将增加了JVM GC的负担。
• 集群中的服务器实例构成了复制对这样，当会话所在主服务器失效后负载均衡器将会话转移到备份服务器，使备份服务器处理两倍的请求这将造成备份服务器的性能问题。

为了克服上面的4点问题不同的软件供应商采用了不同的方法，WebLogic采用的复制对不是对每台服务器而是对每个会话。当一台服务器实例失效后会话数据己经分散备份到多个备份垺务器上，使失效的负载均匀地分布

4.2.5 IBM的方式：中央状态服务器

Websphere采用不同的方式实现内存复制：备份会话信息到中央的状态服务器，如图11所示：

这与数据库的解决方案非常类似不同之处在于专用的“会话备份服务器”代替了数据库服务器，这种方式结合了数据库和内存复淛两种方式的优点

• 将请求处理和会话备份处理分开使用集群更加健壮。
•  所有的会话数据都备份到专用的服务器上无需服务器浪费内存鼡于备份其他服务器的会话。
• 因为会话备份服务器是在服务器之间共享的所有失效后可以转移到任何一台服务器上，这样大多数据软硬件负载均衡器都可以使用更重要的是当一台服务器失效后，负载将均匀的分布到所有实例上
• 与重量级的数据库连接相比，应用服务器與备份服务器之间Socket通信是轻量的这样就比数据库的解决方案有更好的性能和更好的伸缩性。

然而由于有恢复失效服务器会话数据的这麼一个阶段，因此其性能肯定不如两台服务器直接复制解决方案另外，多出来一台备份服务器也增加了管理的复杂性也可能由于单台備份服务器造成性能瓶颈。

Sun JES应用服务器采用了别的方式实现会话失效转移如图12所示，它看上去很像数据库的方式因为它采用关系数据庫存储会话并通过JDBC访问所有会话数 据。但是JES内部所使用的关系数据库称为HADB已经为访问会话做了特别优化，并且将几乎所有的会话数据存茬内存中这样，你可以说它更像中央状态服 务器的方式

考虑如下问题：一台WEB服务器中可能运行着许多WEB应用，它们中每一个都可能被成百的并发用户访问而每个用户都会产生浏览器会话用于访问特定 的应用。所有会话信息都将备份以便服务器失效后能转移到其他服务器實例中更糟的是，会话会由于一次次的发生以下情况而变化包括创建、失效、增加属性、 删除属性、修改属性值。甚至是什么都没变但由于有新的访问而使最后访问时间变了（由此判断什么时候失效会话）。因此性能在会话失效转移的解决方案中是 个很大的因素。供应商通常会提供一些可调的参数改变服务器行为使之适应性能需求。

当客户端的请求被处理后会话随时改变。由于性能因素实时備份会话是不明智的。选择备份频率需要平衡如果备份动作发生得太频繁，性能将急剧下 降如果两次备份的间隔太长，那么在这间隔の间服务器失效后很多会话信息将会丢失。不管所有的方式包括数据库和内存复制，下面是决定备份频率的常用的 选项

在WEB请求处理結束后，发生响应之前保存数据这种方式能够保证在失效后备份的会话数据是最新的。

会话在后台按固定的时间间隔保存这种方式不能保证备份的会话数据是最新的。但由于不需在每次请求之后备份数据因而有更好的性能。

当备份会话的时候你还需要决定多少会话狀态需要保存。以下是不同产品所有采用的常用的策略

每次都将保存所有会话。这种方式为正确保存分布式WEB应用的会话提供了最好保证这种方式简单，内存复制和数据库存储方式都默认采用这种方式

当会话被修改过后，则备份整个会话当“session.setAttribute()”或 “session.removeAttribute()”被调用后，则认為会话被修改过必须保证这些方法调用才修改会话属性，这并不是J2EE规范后要 求的但却是正确实现这种方法所需要的。备份修改过的会話减少了会话存储的数量那些仅仅是读取会话属性的请求将不会触发会话备份的动作。这将带来比备份

仅仅是保存被修改过的会话属性洏不是整个会话这将最小化备份的会话数据。这种方式带来最好的性能及最小的网络通信为了保证这种方式工作的正确 性，必须依据鉯下的要点首先，只能通过调用“setAttribute()”方法修改会话状态并且会话数据要被序列化和备份。其次确保属性之间没有 交叉引用。每个唯┅的属性键值下的对象图应当被独立地序列化和保存如果两个独立的键值下的对象存在交叉引用，它们将不能够正确的序列化和反序列囮例如 图13所示，在一个内存复制的集群中会话中存有“student”和“school”对象，同时“school”对象含有到“student”对象的引 用某一个时候“school”被修改後备份到备份服务器中。在序列化和反序列化之后在备份服务器的被还原的“school”对象的版本将包含整个对象 图，包括其引用的“student”对象但是“student”对象可以被独立的修改，当它被修改后仅仅只有它自己被备份。在序列化和反序列化之后 在备份服务器中还原“student”对象，泹在此时它将丢失与“school”对象的连接。尽管这种方式有最好的性能但上述限制将影响WEB应用程 序的架构和设计。特别是需要用会话保存緩存的复杂的用户数据

4.2.8 其他失效转移的实现

如前面章节所提到的，当会话备份时粒度对于性能非常重要然而，当前的一些实现不管昰数据库存储还是内存复制，都将使用Java对象序列化技术来 传输Java对象这就打了个大印子，影响系统的性能并给WEB应用程序的架构和设计带來很多的限制。一些J2EE供应商便寻找一些特别的手段来更为轻 量地小印子地实现WEB集群，提供细粒度的分布式对象共享机制用于提高集群的性能

Jrun4将它的集群解决方案构在Jini技术之上。Jini为分布式计算而生它允许在一个单一的分布式计算空间内创建“联合”的设备或组件。 Jini提供查找注册，租用等分布式系统服务这对集群环境非常有用。另一种称为JavaSpace的技术构建于Jini之上它提供了一些用于实现集 群非常有价值的特性，如对象处理共享，迁移等要了解有关Jini和JavaSpace更多的信息，请参考

Tangosol Coherence提供了一个分布式数据管理平台它可以嵌入到大多数流行的J2EE服务器中用于实现集群环境。Tangosol Coherence同时也是提供了分布式缓存系统用于在不同的JVM之间有效地共享Java对象要了解有关Tangosol更多的信息，请参考

J2EE规范要求所囿的J2EE容器必须提供JNDI规范的实现JNDI在J2EE应用程序中的主要角色是用来提供一个间接层，这样资源可以很容易被找到而不用关心细节。这使得J2EE組件更加可复用

拥用全特性的集群的JNDI对于J2EE集群是非常重要的。所有的EJB调用都开始于在JNDI树上查找它的Home接口J2EE供应商根据他们的集群结构采鼡不同的方式实现JNDI集群。

5.1 共享全局JNDI树 WebLogic和Jboss都有一个全局的共享的，集群范围的JNDI Context供客户端查找和绑定对象绑定的全局JNDI Context中对象将通过IP广播的方式在集群中复制，这样当一台服务器实例停机后被绑定的对象仍然可供查找。

如图14所示共享的全局JNDI树实际包括了所有本地JNDI结点上绑萣的对象。集群上每个结点都拥有自己的名称服务器它们与集群中其他服务器相互复制所有的东西。这样每个名称服务器上都拥有其他洺称服务器对象树的拷贝这种冗余结构使得全局JNDI树高可用。

实际上集群的JNDI树可以被用做两个目的。可以被管理员用来部署对象和服务在一台服务中部署完EJB模块或JDBC&JMS服务 后，JNDI树上的所有对象都将复制到其他服务器实例中在运行期，程序可以JNDI API访问JNDI树存储或者获取对象这些对象也将被全局复制。

5.2 独立JNDIJboss和WebLogic都采 用了共享全局JNDI树的方式Sun JES和IBM WebSphere等采用了每个服务器都拥有独立的JNDI树的方式。在使用独立JNDI树的集群中成員服务器不必知道或关心集群中其他服务器。这是否 意味着不想把JNDI集群呢所有EJB访问都开始于在JNDI树上查找它们的Home接口，如果没有可集群的JNDI樹集群就根本无用。

实际上如果J2EE应用程序是相似的，独立的JNDI树仍然可以获得高可用性当集群中所有实例都有相同的设置以及都部署楿同的应用程序集，我们说集群是“相似的”这种情况下，一种被称为代理的特殊管理工具可以帮助我们获取高可用性如图15所示：

不管是Sun JES还是WebSphere都在集群的实例上安装了结点代理，当部署EJB模块或绑定其他JNDI服务管理控制员可以向所有的代理发出命令，以此实现与共享全局JNDI楿同的效果

但是独立JNDI的方案不能支持复制在运行期绑定或获取的对象。有以下几个原因：JNDI在J2EE应用程序中的主要角色是用来提供管理外部資源的 间接层并不是用来做数据存储。如果有这样的需求可以采用具有HA（高可用性）特性的独立的LDAP服务器或数据库。Sun和IBM自己都有这样擁有集 群特性的独立的LDAP服务器产品

5.3 中心JNDI少数J2EE产品使用了中心JNDI方案，这种方案中名称服务器驻留在单一服务器中所有的服务器实例都注冊它们相同的EJB组件和管理对象到单一的服务器中。

名称服务器实现了高可用性这对客户端是透明的。所有的客户端都在这台服务器中查找EJB组件但是这种结构意味着复杂的安装和管理，慢慢被多数供应商抛弃

当然客户端要访问JNDI服务器的时候，它们需要知道远程JNDI服务器的主机名/IP地址和端口在全局或是独立JNDI树的方案中，有多个JNDI服务器客户端第一次访问时应该连接哪个呢？如何获得负载均衡和失效转移呢

从技术上说，一个软件或硬件负载均衡器可以设在远程客户端和所有的JNDI服务器之间执行负载均和失效转移但是，很少有供应商实现这種方式这里有些简单的方案：

• Jboss同时也实现了自动发现的特性，当设置属性串“java.naming.provider.url”为空时客户端将试图通过网络广播来发现在一个JNDI服务器。

EJB是J2EE技术中重要的部分并且EJB集群是实现J2EE集群最大的挑战。

EJB技术是为分布式计算而生它们可以在独立的服务器中运行。Web服务器组件或富客户端可以从其他的机器通过标准协议（RMI/IIOP）来访 问EJB你可以象调用你本地Java对象的方法一样调用远程EJB的方法。实际上RMI/IIOP完全掩盖了你正在調用的对象是本地的还是远程的，这 被称作本地/远程透明性

上图显示了远程EJB的调用机制。当客户端想使用EJB它不能直接调用，相反客戶端只能调用一个被称为“stub”的本地对象，它扮演了到远程 对象代理的角色并且有远程对象相同的接口。这个对象负责接受本地方法调鼡并且这些调用通过网络代理到远程EJB。这些对象在客户JVM中运行并且知 道如何通过RMI/IIOP跨过网络查找真正的对象。要了解有关EJB更多的信息請参考

为解释EJB集群的实现，我们先看看在J2EE代码中如何使用EJB的为了调用EJB，我们需要

负载均衡和失效转移可以在JNDI查找时发生这我们已在上媔阐述了。在EJB stub（包括EJBHome和EJBObject）的方法调用时供应商采用以下三种方式实现EJB负载均衡和失效转移。

6.1 智能存根（Smart stub）正如我们所知客户端可以通過存根对象（stub）来访门远程的EJB，这个对象可以通过JNDI树获取甚至客户端可能透明地从WEB服务器上下载存根类文件。

这样存根就可以在运行期動态地用程序生成而其类文件也不必在客户端环境的classpath或库中。（因为它是可以被下载的）

如图17所示BEA WebLogic和Jboss通过在存根代码中组合几种行为來实现EJB集群，而这些都是在客户端透明运行的（客户端不需要了解这些代码）这种技术叫做智能存根。

智能存根确实很聪明它包含一組它可以访问的目标实例，可以检测这些实例的任何失效它也包含了复杂的负载均衡和失效转移的逻辑，用来分发请求到目 标实例而苴，如果集群拓朴改变了的话（比如新增或删除了服务器实例）存根可以更新它的目标实例清单来反映新的拓朴，而不需要手工重新配置

使用智能存根实现集群有以下优点：

• 因为EJB存根运行在客户端，所以它可以节省许多服务器资源
• 负载均衡是在客户端代码中，并且与愙户端的生命周期相关这样就消除了负载均衡器的单点失效。如果负载均衡器失效了就意味着客户端也失效了，这种情况是能接受的
• 存根可动态的自动下载更新，这意味着零维护

“ORBSocketFactory”的修改版有实现负载均衡和失效转移的所有逻辑和算法，这样就保持了存根干净和尛因为是在运行库中实现的，这 样就比存根的方式更容易获得系统资源但这种方式需要在客户端运行一个特殊的运行库，这样就给与其他J2EE产品进行互操作时带来了麻烦

在这种方式中，客户端通过JNDI查找获取存根这个存根将信息路由到LSD，而不是运行了EJB的应用程序服务器这样LSD接收到所有进来的请求，根据负载均衡和失效转移的策略来判断应该将它发送到哪个服务器实例这种方式增加的安装和维护集群嘚额外的管理工作。

要调用EJB的方法要涉及到两种存根对象，一是EJBHome接口另一个是EJBObject接口。这意味着EJB潜在的需要在两层上实现在负载均衡和夨效转移

• 当客户端使用EJBHome存根创建或查找EJB对象时
•  当客户端调用EJB对象上的方法时。

EJBHome接口用于在EJB容器中创建和查找EJB实例而EJBHome存根是EJBHome接口的客户端代理。EJBHome接口不需维持 任何客户端的状态信息这样，来自不同EJB容器中的相同EJBHome接口对于客户端来说是一致的当客户端执行create()或find()调用的 时候，home存根根据负载均衡和失效转移算法从多个相同的服务器实例中选择一个并将调用发送到该服务器的home接口上。

当EJBHome接口创建一个EJB实例它將返回EJBObject的存根给客户端，并让用户调用EJB的业务方法集群中已有一组可用的服务器 实例，并在上面的部署了bean但是不能将EJBObject存根对象向EJBObject接口發出调用转发到任意一个服务器实例上，这取决于EJB的 类型

无状态会话Bean是最简单的情况，因为不涉及到状态所有的实例都可以认为是一樣的，这样对EJBObject的方法调用可负载均衡和失效转移到任意一个服务器实例上

集群的有状态会话Bean与无状态会话Bean有一点不同，正如我们所知囿状态会话Bean对于客户端连续的请求会持有状态信息。从技术上来说 集群有状态会话Bean与集群HTTP Session是一样的。在常规时间EJBObject存根将不会把请求负載均衡到不同的服务器实例。相反它将胶粘到最初创建的服务器实例上，我们称 这个实例为“主实例”在执行过程中，会话状态会从主实例备份到其他服务上去如果主实例失效了，备份服务器将接管它

实体Bean本质上是无状态的，尽管它可以处理有状态的请求所有的信息都将通过实体Bean本身的机制备份到数据库中。这样看起来实体Bean可 以象无状态会话Bean一样很容易获取负载均衡和失效转移但实际，实体Bean多數情况下是不负载均衡和失效转移的根据设计模式的建议，实体Bean 被会话外观包装这样，多数对实体Bean的访问都是进程内会话Bean通过本地接ロ完成的而不是远程客户端。这使得负载均衡和失效转移没有意义

JMS和数据库连接的集群支持

除JSP，ServletJNDI和EJB之外，在J2EE中还有其他的分布式对潒这些对象在集群的实现中可能支持，可能不支持

当前，一些数据库产品如Oracle RAC，支持集群环境并可以部署到多复制同步的数据库实唎中。然而JDBC是一个高度状态化的协议并且它的事务状态直接与客户端和服务器的 Socket连接绑定，所以很难获取集群能力如果一个JDBC连接失效叻，与该失效连接相关的所有JDBC对象也就失效了客户端代码需要进行重连的动 作。BEA

JMS被多数J2EE服务器所支持但支持得并不完全，负载均衡和夨效转移仅仅被JMS代理所实现很少有产品在JMS Destination中的消息有失效转移的功能。

8.1 失效转移可以完全避免错误——否定

在Jboss的文档中整个章节都在警告你“你真的需要HTTP会话的复制吗？”是的，有时没有失效转移的高可用性的解决方案也是可接受并且是廉价的失效转移并不是你想潒的那么强壮。

那么失效转移到底给你带来了什么你可能想失效转移可以避免错误。你看没有会话的失效转移，当一个服务器实例失效后会话数据将丢失而导致错误。通过失效转移会话可以从备份中恢复，而请求可以被其他服务器实例所处理用户根本意识不到失效。这是事实但这是有条件的！

回想一样我们定义的“失效转移”，我们定义了一个条件是失效转移是在“两个方法调用之间”发生的这是说如果你有两个连续的对远程对象的方法调用，失效转移只会在第一调用成功后并且第二调用的请求发出前才能发生

这样，当远程服务器在处理请求的过程中失效了会发生什么呢答案是：多数情况处理将会停止而客户端将会看到错误信息。除非这个方法是等幂的（Idempotent）只有这个方法是等幂的，一些负载均衡器更智能它会重试这些方法并将它失效转移到其他实例上。

为什么“等幂”重要呢因为愙户端不知道当失效发生的时候请求被执行到什么地方。是才刚刚初始化还是差不多就要完成了客户端没法判断！如果方法不是等幂的，在相同方法上的两次调用可能会两次修改系统的状态而使得系统出现不一致的情形。

你可能想所有在事务中的方法都是等幂的毕竟，如果错误发生事务将被回滚，事务状态的改变都将被复位但事实上事务的边界可能不包括所有的远程方法调用过程。如果事务已经茬服务器上提交了而返回给客户端时网络崩溃怎么办呢客户端不知道服务器的事务是否是成功了。

在一些应用程序中将所有的方法都莋成等幂的是不可能的。这样你只能通过失效转移减少错误，而不是避免它们拿在线商店为例，假设每台服务器可以 同时处理100个在线鼡户的请求当一台服务器失效了，没有失效转移的解决方案将丢失100个用户的会话数据并激怒这些用户而有失效转移的解决方案中， 当夨效发生的时候有20个用户正在处理请求这样20个用户将被失效激怒。而其他80个用户正处于思考时间或在两个方法调用之间这些用户可以透明地获得 失效转移。这样你就需做以下的考虑：

• 激怒20个用户和激怒100个用户造成影响的区别。
• 采用失效转移和不采用失效转移产品成本嘚区别

8.2 独立应用可以透明的迁移到集群结构中——否定

尽管一些供应商宣称他们的J2EE产品有这样的灵活性不要相信他们！事实你要在开始系统设计时就要准备集群，而这将影响开发和测试的所有阶段

在集群环境中，如我前面提到的使用HTTP Session有很多限制，这取决于你的应用程序服务器采用了那种会话失效转移的机制第一个重要的限制就是所有保存的HTTP Session中的对象必须是可序列化的，这将限制设计和应用程序结构一些设计模式和MVC框架会用HTTP Session保存一些不序列化的对象（如ServletContext，EJB本地接口和WEB服务引用）这样的设计不能在集群中工作。第二对象的 序列的反序列化对性能的影响很大，特别是数据库保存的方式在这样的环境中，应该避免在会话中保存大的或是众多的对象如果你采用了内存复制的方式，如前 所述你必须小心在会话中属性的交叉引用其他在集群环境中的主要区别是在会话不管任何属性修改，你必须调用“setAttribute()”方法这个方 法调用在独立的系统中是可选的。这个方法的目的是区别已修改的属性和那些没用到属性这样系统可以只为失效转移备份必要的数据，从而提高性能

我经历过的大多数J2EE项目都用了缓存来提高性能，同时流行的应用程序服务器也都提供了不同程度的缓存用來加快应用程序的速度但这些缓存都是为 那些典型的独立环境设计的，只能在单JVM实例中工作我们需要缓存是因为一些对象很“重”，創建它需花费大量的时间和资源因此我们维护了对象池用于重 用这些对象，而不需要在后面创建我们只有当维护缓存比创建对象更廉價时才能获得性能的提高。在集群环境每个JVM实例都要维护一份缓存的拷贝，这些拷 贝必须同步以维持所有服务器实例状态的一致性有時这种类型的同步会比没有缓存带来更糟的性能。

当我们设计J2EE应用程序时在架构上经常会使用一些设计模式。这些如“Singleton”的设计模式会鼡到静态变量来在多对象之间共享状态 这种方式在单服务中工作得很好，但在集群环境将失效集群中的每个实例都会在它的JVM实例中维護一份静态变量的拷贝，这样就破坏了模式的机制一个使用 静态变量的例子就是用它来保持在线用户数。用静态变量来保存在线用户数昰一个很简单的办法当用户进入或离开时就增加和减少它。这种方式在单服务器中绝对 是好的但在集群环境将失效。在集群中更好的方式是将所有状态保存到数据库

尽管J2EE规范不支持，但为各种目的仍然会用外部I/O的操作例如，一些应用会使用文件系统来保存用户上传嘚文件或是创建一个动态配置的 XML文件。在集群环境是没有办法来在其他实例之间来复制这些文件的为了在集群中工作，办法是用数据庫作为外部文件的存放点另外也可以使用SAN（存 储区域网，Storage Area Network）作为存放点

一些特殊的服务只在独立的环境中才有意义，定时服务就一个佷好例子这种服务可以在一个固定的间隔时间有规律的触发。定时服务常用于执行一些自动化 管理任务如日志文件滚动，系统数据备份数据库一致性检查和冗余数据清理等。一些基于事件的服务也很难被迁移到集群环境中初始化服务就是个好例子，它 只在整个系统啟动时才发生邮件通知服务也一样，它在一些警告条件下触发

这些服务是被事件而不是被请求触发的，而且只被执行一次这些服务使得负载均衡和失效转移在集群中没多少意义。

一些产品准备了这些服务如Jboss使用了“集群单例设施”来协调所有实例，保证执行这些服務一次且仅有一次基于你所选择的平台，一些特殊的服务可能会是把你的应用迁移到集群结构中的障碍

8.3 分布式结构比并置结构更灵活——不一定

J2EE技术，尤其是EJB天生就是用来做分布式计算。解耦业务功能重用远程组件，这些使得多层应用非常流行但是我们不能将所囿的东西都分布。一些J2EE架构师认为Web层与EJB层并置得越近越好这些计论后面会继续。先让我解释一下

如图20所示，这是一个分布式结构当請求来了，负载均衡器将请求分发到不同服务器中的不同WEB容器如果请求包含了EJB调用，WEB容器将重发EJB调用到不同的EJB容器这样，请求将被负載均衡和失效转移两次

一些人看分布式结构，他们会指出：

• 第二次负载均衡没有必要因为它不会使任务分配更平坦。每个服务器实例嘟有它们自己的WEB容器和EJB容器把EJB容器用来处理来自其他实例WEB容器的请求比只在服务器内部调用并没有什么优势。
• 第二次失效转移没有必要因为它不能是高可用性。多数供应商实现J2EE服务器都会在同一服务器中运行的WEB容器和EJB容器放在一个JVM实例中如果EJB容器失效了，多数情况下茬同一个JVM中的WEB容器也将同时失效
• 性能将下降。想像一下对你的应用的一次调用包含一组对EJB的调用如果你负载均衡了这些EJB，这将跨越每個服务器实例导致许多不必要的服务器到服务器的交互。还有如果这个方法在事务范围内，那么事务边界将包含许多服务器实例这將严重影响性能。

实际上在运行期多数的供应商（包括Sun JES，WebLogic和Jboss）都会优化EJB调用机制使请求首先选择同一个服务器中的EJB容器。这样如图21所示，我们只在第一层 （WEB层）做负载均衡然后调用相同服务器上的服务。这种结构我们称之为并置结构技术上说，并置结构是分布式結构的一种特例

一个有趣的问题是，既然多数的部署在运行期都演进成了并置结构为什么不用本地接口代替远程接口，这将大提高性能你当然可以，但是记住当你使用 本地接口后，WEB组件和EJB耦合得很紧而方法调用也是直接的而不通过RMI/IIOP。负载均衡和失效转移分发器没囿机会介入本地接口调用 “WEB+EJB”整体处理负载均衡和失效转移。

但不幸的是在集群中使用本地接口在多数J2EE服务器中有局限性。使用本地接口的EJB是本地对象是不可序列化的，这一个限制就使本地引用不能 保存在HTTP Session中一些产品，如Sun JES会将本地接口区别看待，使它们可以序列囮这样就可以用在HTTP Session中。

另一个有趣的问题是既然并置结构这么流行并且有好的性能，为什么还要分布式结构呢这在多数情况下是有噵理的，但有时分布式结构是不可替代的

• EJB不仅被WEB容器使用，富客户端也会使用它
• EJB组件和WEB组件需在不同的安全级别上，并需要物理分离这样防火墙将被设置用于保护运行EJB的重要机器。
• WEB层和EJB层极端不对称使得分布式结构是更好的选择比如，一些EJB组件非常复杂并且很消耗資源它们只能运行在昂贵的大型服务 器上，另一方面WEB组件（HTML，JSP和Servlet）简单得只需廉价的PC服务器就能满足要求在这种情况下，专门的WEB服務器可以用来接 受客户端连接请求很快处理静态数据（HTML和图像）和简单的WEB组件（JSP和Servlet）。大型服务器只被用来做复杂计算这将更好的利鼡投 资。

集群与独立环境不同J2EE供应商采用不同的 方法来实现集群。如果你的项目为做到高伸缩性而使用集群你应该在你的项目开始的時候就做准备。选择符合你的需求的正确的J2EE产品选择正确的第三方 软件和框架并确保它们能支持集群。最后设计正确的架构使得能从集群中受益而不是受害

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