关于负载均衡的一切

什么是负载均衡?

负载均衡(Load Balance)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行，负载均衡的关键在于均匀。

常见的负载均衡方案有哪些?

常见互联网分布式架构如上，分为：

• 客户端层
• 反向代理层
• 站点层
• 服务层
• 数据层

可以看到，每一个下游都有多个上游调用，只需要做到，每一个上游都均匀访问每一个下游，就能实现整体的均匀分摊。

***层：客户端层到反向代理层

客户端层到反向代理层的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的。

DNS-server对于一个域名配置了多个解析ip，每次DNS解析请求来访问DNS-server，会轮询返回这些ip，保证每个ip的解析概率是相同的。这些ip就是nginx的外网ip，以做到每台nginx的请求分配也是均衡的。

第二层：反向代理层到站点层

反向代理层到站点层的负载均衡，是通过“nginx”实现的。

画外音：nginx是反向代理的泛指。

修改nginx.conf，可以实现多种均衡策略：

(1) 请求轮询：和DNS轮询类似，请求依次路由到各个web-server;

(2) 最少连接路由：哪个web-server的连接少，路由到哪个web-server;

(3) ip哈希：按照访问用户的ip哈希值来路由web-server，只要用户的ip分布是均匀的，请求理论上也是均匀的，ip哈希均衡方法可以做到，同一个用户的请求固定落到同一台web-server上，此策略适合有状态服务，例如session;

画外音：站点层可以存储session，但强烈不建议这么做，站点层无状态是分布式架构设计的基本原则之一，session***放到数据层存储。

(4) …

第三层：站点层到服务层

站点层到服务层的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的。

上游连接池会建立与下游服务多个连接，每次请求会“随机”选取连接来访问下游服务。除了负载均衡，服务连接池还能够实现故障转移、超时处理、限流限速、ID串行化等诸多功能。

第四层：访问数据层

在数据量很大的情况下，由于数据层(db/cache)涉及数据的水平切分，所以数据层的负载均衡更为复杂一些，它分为“数据的均衡”，与“请求的均衡”。

• 数据的均衡是指：水平切分后的每个服务(db/cache)，数据量是均匀的。
• 请求的均衡是指：水平切分后的每个服务(db/cache)，请求量是均匀的。

业内常见的水平切分方式有这么几种：

一、按照range水平切分

每一个数据服务，存储一定范围的数据：

• user0服务：存储uid范围1-1kw
• user1服务：存储uid范围1kw-2kw

这个方案的好处是：

• 规则简单，service只需判断一下uid范围就能路由到对应的存储服务
• 数据均衡性较好
• 比较容易扩展，可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务

不足是：

• 请求的负载不一定均衡，一般来说，新注册的用户会比老用户更活跃，大range的服务请求压力会更大

二、按照id哈希水平切分

每一个数据服务，存储某个key值hash后的部分数据：

• user0服务：存储偶数uid数据
• user1服务：存储奇数uid数据

这个方案的好处是：

• 规则简单，service只需对uid进行hash能路由到对应的存储服务
• 数据均衡性较好
• 请求均匀性较好

不足是：

• 不容易扩展，扩展一个数据服务，hash方法改变时候，可能需要进行数据迁移

总结

负载均衡(Load Balance)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行，其的关键在于均匀：

• 反向代理层的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的
• 站点层的负载均衡，是通过“nginx”实现的
• 服务层的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的
• 数据层的负载均衡，要考虑“数据的均衡”与“请求的均衡”两个点，常见的方式有“按照范围水平切分”与“hash水平切分”

希望大家有收获。

【本文为专栏作者“58沈剑”原创稿件，转载请联系原作者】

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