一分鐘了解負(fù)載均衡的一切

什么是負(fù)載均衡

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負(fù)載均衡（Load Balance）是分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的因素之一，它通常是指，將請(qǐng)求/數(shù)據(jù)【均勻】分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元上執(zhí)行，負(fù)載均衡的關(guān)鍵在于【均勻】。

常見的負(fù)載均衡方案

常見互聯(lián)網(wǎng)分布式架構(gòu)如上，分為客戶端層、反向代理nginx層、站點(diǎn)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層?？梢钥吹?，每一個(gè)下游都有多個(gè)上游調(diào)用，只需要做到，每一個(gè)上游都均勻訪問每一個(gè)下游，就能實(shí)現(xiàn)“將請(qǐng)求/數(shù)據(jù)【均勻】分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元上執(zhí)行”。

【客戶端層->反向代理層】的負(fù)載均衡

【客戶端層】到【反向代理層】的負(fù)載均衡，是通過“DNS輪詢”實(shí)現(xiàn)的：DNS-server對(duì)于一個(gè)域名配置了多個(gè)解析ip，每次DNS解析請(qǐng)求來訪問DNS-server，會(huì)輪詢返回這些ip，保證每個(gè)ip的解析概率是相同的。這些ip就是nginx的外網(wǎng)ip，以做到每臺(tái)nginx的請(qǐng)求分配也是均衡的。

【反向代理層->站點(diǎn)層】的負(fù)載均衡

【反向代理層】到【站點(diǎn)層】的負(fù)載均衡，是通過“nginx”實(shí)現(xiàn)的。通過修改nginx.conf，可以實(shí)現(xiàn)多種負(fù)載均衡策略：

1）請(qǐng)求輪詢：和DNS輪詢類似，請(qǐng)求依次路由到各個(gè)web-server

2）最少連接路由：哪個(gè)web-server的連接少，路由到哪個(gè)web-server

3）ip哈希：按照訪問用戶的ip哈希值來路由web-server，只要用戶的ip分布是均勻的，請(qǐng)求理論上也是均勻的，ip哈希均衡方法可以做到，同一個(gè)用戶的請(qǐng)求固定落到同一臺(tái)web-server上，此策略適合有狀態(tài)服務(wù)，例如session（58沈劍備注：可以這么做，但強(qiáng)烈不建議這么做，站點(diǎn)層無狀態(tài)是分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則之一，session最好放到數(shù)據(jù)層存儲(chǔ)）

4）…

【站點(diǎn)層->服務(wù)層】的負(fù)載均衡

【站點(diǎn)層】到【服務(wù)層】的負(fù)載均衡，是通過“服務(wù)連接池”實(shí)現(xiàn)的。

上游連接池會(huì)建立與下游服務(wù)多個(gè)連接，每次請(qǐng)求會(huì)“隨機(jī)”選取連接來訪問下游服務(wù)。

上一篇文章《RPC-client實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)》中有詳細(xì)的負(fù)載均衡、故障轉(zhuǎn)移、超時(shí)處理的細(xì)節(jié)描述，歡迎點(diǎn)擊link查閱，此處不再展開。

【數(shù)據(jù)層】的負(fù)載均衡

在數(shù)據(jù)量很大的情況下，由于數(shù)據(jù)層（db，cache）涉及數(shù)據(jù)的水平切分，所以數(shù)據(jù)層的負(fù)載均衡更為復(fù)雜一些，它分為“數(shù)據(jù)的均衡”，與“請(qǐng)求的均衡”。

數(shù)據(jù)的均衡是指：水平切分后的每個(gè)服務(wù)（db，cache），數(shù)據(jù)量是差不多的。

請(qǐng)求的均衡是指：水平切分后的每個(gè)服務(wù)（db，cache），請(qǐng)求量是差不多的。

業(yè)內(nèi)常見的水平切分方式有這么幾種：

一、按照range水平切分

每一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)，存儲(chǔ)一定范圍的數(shù)據(jù)，上圖為例：

user0服務(wù)，存儲(chǔ)uid范圍1-1kw

user1服務(wù)，存儲(chǔ)uid范圍1kw-2kw

這個(gè)方案的好處是：

（1）規(guī)則簡(jiǎn)單，service只需判斷一下uid范圍就能路由到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)服務(wù)
（2）數(shù)據(jù)均衡性較好

（3）比較容易擴(kuò)展，可以隨時(shí)加一個(gè)uid[2kw,3kw]的數(shù)據(jù)服務(wù)

不足是：

（1）請(qǐng)求的負(fù)載不一定均衡，一般來說，新注冊(cè)的用戶會(huì)比老用戶更活躍，大range的服務(wù)請(qǐng)求壓力會(huì)更大

二、按照id哈希水平切分

每一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)，存儲(chǔ)某個(gè)key值hash后的部分?jǐn)?shù)據(jù)，上圖為例：

user0服務(wù)，存儲(chǔ)偶數(shù)uid數(shù)據(jù)

user1服務(wù)，存儲(chǔ)奇數(shù)uid數(shù)據(jù)

這個(gè)方案的好處是：

（1）規(guī)則簡(jiǎn)單，service只需對(duì)uid進(jìn)行hash能路由到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)服務(wù)
（2）數(shù)據(jù)均衡性較好

（3）請(qǐng)求均勻性較好

不足是：

（1）不容易擴(kuò)展，擴(kuò)展一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)，hash方法改變時(shí)候，可能需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移

總結(jié)

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負(fù)載均衡（Load Balance）是分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的因素之一，它通常是指，將請(qǐng)求/數(shù)據(jù)【均勻】分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元上執(zhí)行，負(fù)載均衡的關(guān)鍵在于【均勻】。

（1）【客戶端層】到【反向代理層】的負(fù)載均衡，是通過“DNS輪詢”實(shí)現(xiàn)的

（2）【反向代理層】到【站點(diǎn)層】的負(fù)載均衡，是通過“nginx”實(shí)現(xiàn)的

（3）【站點(diǎn)層】到【服務(wù)層】的負(fù)載均衡，是通過“服務(wù)連接池”實(shí)現(xiàn)的

（4）【數(shù)據(jù)層】的負(fù)載均衡，要考慮“數(shù)據(jù)的均衡”與“請(qǐng)求的均衡”兩個(gè)點(diǎn)，常見的方式有“按照范圍水平切分”與“hash水平切分”