前言

閑來無事寫篇文章總結(jié)下負(fù)載均衡。

負(fù)載均衡

負(fù)載均衡是高可用架構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵組件，主要用來提高性能和可用性，通過負(fù)載均衡將流量分發(fā)到多個(gè)服務(wù)器，同時(shí)多服務(wù)器能夠消除這部分的單點(diǎn)故障。

當(dāng)然負(fù)載均衡器本身就是一個(gè)單點(diǎn)故障隱患，可以考慮文章后面說的負(fù)載均衡雙機(jī)熱備或其他方案消除單點(diǎn)故障提高可用性。

一個(gè)沒有使用負(fù)載均衡的Web架構(gòu)一般會(huì)長得像這樣：

沒有負(fù)載均衡的架構(gòu)

在這個(gè)例子里面，用戶直接通過yourdomain.com連接Web Server，如果這一個(gè)Web Server掛了那么整個(gè)系統(tǒng)都無法使用，也就是我們常說的系統(tǒng)中的單點(diǎn)故障，同樣如果大量的用戶同時(shí)訪問這一臺(tái)服務(wù)器，那么這些用戶很可能會(huì)遇到加載時(shí)間緩慢或者根本無法連接的問題。

這部分的單點(diǎn)故障可以通過引入負(fù)載均衡器和至少另一個(gè)Web Server來緩解。一般來說所有后端服務(wù)器會(huì)提供相同的內(nèi)容，以便用戶無論訪問哪個(gè)服務(wù)器都會(huì)收到一致的內(nèi)容。同時(shí)由于有多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)提供服務(wù)，也加大了系統(tǒng)的負(fù)載能力提高了性能。

負(fù)載均衡可以處理哪些類型的流量

由于一般程序員接觸到的負(fù)載均衡可能大多都是處理HTTP、HTTPS流量的，但實(shí)際上負(fù)載均衡還可以處理TCP和UDP流量（比如對(duì)數(shù)據(jù)庫集群的訪問、DNS等）。

負(fù)載均衡算法

負(fù)載均衡算法用于確定流量應(yīng)該被分發(fā)到哪一個(gè)健康的服務(wù)器上，常見的幾個(gè)算法如下：

Round Robin — 輪轉(zhuǎn)（Round Robin）意味著服務(wù)器會(huì)被按順序地選擇，比如負(fù)載均衡器會(huì)將第一個(gè)請(qǐng)求分配給第一個(gè)服務(wù)器，然后下一個(gè)請(qǐng)求分配給第二個(gè)服務(wù)器，這樣分配下去分配完一輪之后回到開頭分配給第一個(gè)服務(wù)器（操作系統(tǒng)調(diào)度算法復(fù)習(xí)一下）。這種方式比較適合各服務(wù)器處理能力相同而且每個(gè)業(yè)務(wù)處理量差不多的時(shí)候。

Least Connections — 最少連接（Least Connections）這個(gè)算法意味著負(fù)載均衡器會(huì)選擇當(dāng)前連接最少的服務(wù)器。

IP hash — 在這個(gè)算法下，負(fù)載均衡器根據(jù)請(qǐng)求源的IP來決定分發(fā)給哪個(gè)服務(wù)器。這個(gè)方法保證了一個(gè)特定的用戶會(huì)一直訪問相同的服務(wù)器。

其他還有一些不算太常見的算法，比如Url hash、Random等。

健康檢測（health checks）

在負(fù)載均衡算法一節(jié)中我們有一個(gè)前提，就是流量只會(huì)被分配到健康的服務(wù)器上，那么負(fù)載均衡器怎么去判斷服務(wù)器現(xiàn)在是否健康呢？

為了監(jiān)控健康的服務(wù)器，健康檢查一般會(huì)通過配置的協(xié)議和端口嘗試去連接服務(wù)器來保證服務(wù)器正在監(jiān)聽。如果一個(gè)服務(wù)器的健康檢查失敗了，也就是說服務(wù)器無法正常響應(yīng)請(qǐng)求，那么就會(huì)被自動(dòng)的移除池子中，流量也不會(huì)被分配到這個(gè)壞掉的服務(wù)器直到它能通過健康檢查。

這塊具體的方式可以參考阿里云關(guān)于負(fù)載均衡的文檔健康檢查原理

負(fù)載均衡如何處理狀態(tài)

我們都知道基于session的用戶認(rèn)證會(huì)在服務(wù)器存有session的一些信息，但當(dāng)系統(tǒng)引入負(fù)載均衡的時(shí)候這樣會(huì)出現(xiàn)一些問題。

舉個(gè)電商網(wǎng)站的例子，當(dāng)用戶U發(fā)送的登錄請(qǐng)求被分發(fā)到了服務(wù)器S1并在服務(wù)器中記錄了session信息，而當(dāng)用戶想要提交購物請(qǐng)求的時(shí)候這個(gè)請(qǐng)求被分發(fā)到了服務(wù)器S2，但服務(wù)器S2并沒有保存用戶U的session信息。

為了解決這個(gè)問題一個(gè)是可以使用之前說的IP hash算法，這個(gè)算法根據(jù)IP來分配流量對(duì)應(yīng)的服務(wù)器，所以可以保證同一個(gè)用戶的流量會(huì)訪問到同一個(gè)服務(wù)器。另一個(gè)應(yīng)用層的方法是sticky session，中文應(yīng)該叫粘性會(huì)話，負(fù)載均衡器會(huì)設(shè)置一個(gè)cookie然后帶有這個(gè)cookie的session都會(huì)被分配到同一個(gè)服務(wù)器上。

負(fù)載均衡雙機(jī)熱備（Hot standby）

正如開頭所說，負(fù)載均衡器本身就是一個(gè)單點(diǎn)故障隱患，其中一個(gè)解決方案就是雙機(jī)熱備（提高可用性的一大基本方法就是冗余）。

雙機(jī)熱備方案為了解決負(fù)載均衡器的單點(diǎn)故障問題，引入了第二個(gè)負(fù)載均衡器，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)GG了之后切換到備用節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)上找了個(gè)比較形象的gif:

我自己之前畢業(yè)設(shè)計(jì)的架構(gòu)用了雙機(jī)熱備，實(shí)現(xiàn)上主要是通過keepalived實(shí)現(xiàn)nginx的高可用

后記

這篇文章算是對(duì)于負(fù)載均衡的一個(gè)初步總結(jié)和一些自己的理解，比較適合希望對(duì)負(fù)載均衡有個(gè)初步全面了解的人，但由于我個(gè)人只是個(gè)萌新所以很多進(jìn)階的東西比如LVS啥的和一些大廠的實(shí)踐分析都沒加也暫時(shí)沒能力加，以后如果有接觸再補(bǔ)上吧（坑我先挖了）。