Tomcat 인메모리 클러스터링

Tomcat은 SimpleTcpCluster를 통해 서버 간 세션을 실시간으로 복제하는 인메모리 클러스터링을 내장 지원합니다. 별도 외부 저장소 없이 Tomcat 설정만으로 세션 공유를 구현할 수 있습니다.

클러스터링 아키텍처

Tomcat 클러스터는 멀티캐스트 또는 유니캐스트로 멤버를 자동 발견하고, 세션 변경이 발생할 때마다 클러스터 내 다른 서버에 복제합니다.

[App1: 10.0.0.1]
  세션 A 변경
     │
     ├──▶ [App2: 10.0.0.2] 세션 A 복제
     └──▶ [App3: 10.0.0.3] 세션 A 복제

DeltaManager vs BackupManager

구분	DeltaManager	BackupManager
복제 방식	전체 복제 (All-to-All)	백업 복제 (Primary + Backup)
복제 대상	모든 노드에 복제	1개 백업 노드에만 복제
적합한 규모	소규모 (2~4대)	중규모 (4대 이상)
장애 시 복구	어느 서버든 즉시 접수	Primary 장애 시 Backup이 접수
메모리·네트워크 부하	높음	낮음

DeltaManager 설정

모든 서버에 세션을 복제합니다. 가장 단순하고 신뢰성이 높습니다.

server.xml 설정 (각 Tomcat 동일하게 적용)

<!-- /opt/tomcat/conf/server.xml -->

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="server1">

    <Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
             channelSendOptions="8">

        <!-- 세션 복제 매니저 -->
        <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"
                 expireSessionsOnShutdown="false"
                 notifyListenersOnReplication="true"/>

        <!-- 채널 구성: 멤버 발견 + 데이터 전송 -->
        <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">

            <!-- 멀티캐스트로 클러스터 멤버 자동 발견 -->
            <Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
                        address="228.0.0.4"
                        port="45564"
                        frequency="500"
                        dropTime="3000"/>

            <!-- 수신: 다른 서버에서 복제 데이터 받기 -->
            <Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
                      address="10.0.0.1"
                      port="4000"
                      autoBind="100"
                      selectorTimeout="5000"
                      maxThreads="6"/>

            <!-- 발신: 다른 서버로 복제 데이터 보내기 -->
            <Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
                <Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
            </Sender>

            <!-- 인터셉터 -->
            <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/>
            <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatchInterceptor"/>
        </Channel>

        <!-- 세션 복제 밸브: 요청 처리 후 변경된 세션 복제 -->
        <Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
               filter=".*\.gif;.*\.js;.*\.jpeg;.*\.jpg;.*\.png;.*\.htm;.*\.html;.*\.css;.*\.txt"/>

        <!-- 통계 리스너 -->
        <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
    </Cluster>

    <Host name="localhost" appBase="webapps" ...>
    </Host>
</Engine>

Tomcat 2, 3 설정 (address만 변경)

<!-- Tomcat 2 -->
<Engine jvmRoute="server2">
    <Cluster ...>
        <Channel>
            <Receiver address="10.0.0.2" port="4000" .../>
        </Channel>
    </Cluster>
</Engine>

<!-- Tomcat 3 -->
<Engine jvmRoute="server3">
    <Cluster ...>
        <Channel>
            <Receiver address="10.0.0.3" port="4000" .../>
        </Channel>
    </Cluster>
</Engine>

web.xml: 분산 애플리케이션 선언 (필수)

클러스터링을 사용하는 웹 애플리케이션의 WEB-INF/web.xml에 <distributable/> 태그를 추가해야 합니다:

<!-- webapp/WEB-INF/web.xml -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://jakarta.ee/xml/ns/jakartaee"
         version="6.0">

    <!-- 이 태그가 있어야 세션 복제 활성화 -->
    <distributable/>

    <!-- 나머지 설정 -->
    <session-config>
        <session-timeout>30</session-timeout>
    </session-config>
</web-app>

BackupManager 설정

트래픽이 많아 전체 복제 부담이 클 때 사용합니다. 세션의 Primary 서버와 Backup 서버만 유지합니다.

<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster">

    <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.BackupManager"
             expireSessionsOnShutdown="false"
             notifyListenersOnReplication="true"
             mapSendOptions="6"/>

    <!-- Channel 설정은 DeltaManager와 동일 -->
    <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
        <Membership address="228.0.0.4" port="45564"
                    frequency="500" dropTime="3000"
                    className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"/>
        <Receiver address="10.0.0.1" port="4000"
                  className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
                  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.MessageDispatchInterceptor"/>
    </Channel>

    <Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
           filter=".*\.(gif|js|jpeg|jpg|png|css|html|txt)"/>
    <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>

멀티캐스트가 막힌 환경: 유니캐스트 설정

클라우드나 일부 네트워크에서는 멀티캐스트가 차단됩니다. 이때는 정적 유니캐스트 멤버십을 사용합니다.

<Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">

    <!-- Membership 대신 StaticMembershipInterceptor 사용 -->
    <Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.StaticMembershipInterceptor">
        <Member className="org.apache.catalina.tribes.membership.StaticMember"
                host="10.0.0.2"
                port="4000"
                uniqueId="{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2}"/>
        <Member className="org.apache.catalina.tribes.membership.StaticMember"
                host="10.0.0.3"
                port="4000"
                uniqueId="{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,3}"/>
    </Interceptor>

    <Receiver address="10.0.0.1" port="4000"
              className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
              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.MessageDispatchInterceptor"/>
</Channel>

세션 직렬화: Serializable 필수

클러스터 간 세션 복제는 Java 직렬화(Serialization)를 사용합니다. 세션에 저장되는 모든 객체가 java.io.Serializable을 구현해야 합니다.

// 세션에 저장되는 클래스 — Serializable 구현 필수
public class UserSession implements java.io.Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;  // 버전 관리

    private Long userId;
    private String username;
    private String role;
    private LocalDateTime loginTime;

    // Serializable이 아닌 필드는 transient로 제외
    private transient HttpSession httpSession;

    // getter/setter...
}

주의: transient로 선언된 필드는 복제에서 제외됩니다.

클러스터 동작 확인

# Tomcat 로그에서 클러스터 멤버 감지 확인
grep "McastService" /opt/tomcat/logs/catalina.out
# INFO: Sending... membership for [/10.0.0.1]
# INFO: Added member [/10.0.0.2:4000]
# INFO: Added member [/10.0.0.3:4000]

# 세션 복제 확인
grep "session" /opt/tomcat/logs/catalina.out | grep -i "replac\|replic"

# 실시간 로그 모니터링
tail -f /opt/tomcat/logs/catalina.out | grep -E "cluster|session|replac"

테스트: 세션 복제 검증

# 1. App1에 접속해 로그인 (세션 생성)
curl -c cookies.txt -X POST http://app1:8080/app/login \
    -d "user=admin&pass=secret"

# 2. App2에 직접 접속해도 세션이 유지되는지 확인
curl -b cookies.txt http://app2:8080/app/profile
# 로그인 상태로 프로필 페이지 접근 가능해야 함

# 3. App1 서버 중단 후 로드밸런서를 통해 접속
sudo systemctl stop tomcat1
curl -b cookies.txt http://lb.example.com/app/profile
# 세션이 App2, App3에 복제되어 있으므로 로그인 유지

인메모리 클러스터링의 한계

서버 수 증가에 따른 복제 부하

DeltaManager는 N대의 서버에서 세션 변경 시 N-1번 복제합니다.

3대: 세션 1건 변경 → 2번 복제 (부담 작음)
10대: 세션 1건 변경 → 9번 복제 (부담 증가)
50대: 세션 1건 변경 → 49번 복제 (심각한 부담)

권장: 4대 이상에서는 BackupManager 또는 Redis 세션 공유로 전환.

네트워크 분리(Network Partition) 위험

클러스터 노드 간 네트워크가 일시 단절되면 각 노드가 독립적으로 동작해 세션 데이터가 분기됩니다. 네트워크 복구 후 충돌이 발생할 수 있습니다.

다음 페이지에서는 Redis를 이용한 외부 세션 공유로 이 한계를 해결하는 방법을 알아봅니다.

클러스터링 아키텍처​

DeltaManager vs BackupManager​

DeltaManager 설정​

server.xml 설정 (각 Tomcat 동일하게 적용)​

Tomcat 2, 3 설정 (address만 변경)​

web.xml: 분산 애플리케이션 선언 (필수)​

BackupManager 설정​

멀티캐스트가 막힌 환경: 유니캐스트 설정​

세션 직렬화: Serializable 필수​

클러스터 동작 확인​

테스트: 세션 복제 검증​

인메모리 클러스터링의 한계​

서버 수 증가에 따른 복제 부하​

네트워크 분리(Network Partition) 위험​