前言
在軟件系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)中番舆，對(duì)集群的負(fù)載均衡設(shè)計(jì)是作為高性能系統(tǒng)優(yōu)化環(huán)節(jié)中必不可少的方案乌庶。負(fù)載均衡本質(zhì)上是用于將用戶流量進(jìn)行均衡減壓的，因此在互聯(lián)網(wǎng)的大流量項(xiàng)目中翔冀，其重要性不言而喻侍咱。
一舍悯、什么是負(fù)載均衡戒祠？
早期的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用声怔，由于用戶流量比較小回懦，業(yè)務(wù)邏輯也比較簡(jiǎn)單气笙，往往一個(gè)單服務(wù)器就能滿足負(fù)載需求。隨著現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的流量越來(lái)越大怯晕，稍微好一點(diǎn)的系統(tǒng)潜圃，訪問(wèn)量就非常大了，并且系統(tǒng)功能也越來(lái)越復(fù)雜舟茶，那么單臺(tái)服務(wù)器就算將性能優(yōu)化得再好谭期，也不能支撐這么大用戶量的訪問(wèn)壓力了堵第，這個(gè)時(shí)候就需要使用多臺(tái)機(jī)器，設(shè)計(jì)高性能的集群來(lái)應(yīng)對(duì)隧出。
那么踏志，多臺(tái)服務(wù)器是如何去均衡流量、如何組成高性能的集群的呢胀瞪？
此時(shí)就需要請(qǐng)出 「負(fù)載均衡器」 入場(chǎng)了针余。
負(fù)載均衡（Load Balancer）是指把用戶訪問(wèn)的流量，通過(guò)「負(fù)載均衡器」凄诞，根據(jù)某種轉(zhuǎn)發(fā)的策略圆雁，均勻的分發(fā)到后端多臺(tái)服務(wù)器上，后端的服務(wù)器可以獨(dú)立的響應(yīng)和處理請(qǐng)求帆谍，從而實(shí)現(xiàn)分散負(fù)載的效果伪朽。負(fù)載均衡技術(shù)提高了系統(tǒng)的服務(wù)能力，增強(qiáng)了應(yīng)用的可用性汛蝙。
二烈涮、負(fù)載均衡方案有幾種？
目前市面上最常見(jiàn)的負(fù)載均衡技術(shù)方案主要有三種：
基于DNS負(fù)載均衡
基于硬件負(fù)載均衡
基于軟件負(fù)載均衡
三種方案各有優(yōu)劣窖剑，DNS負(fù)載均衡可以實(shí)現(xiàn)在地域上的流量均衡坚洽，硬件負(fù)載均衡主要用于大型服務(wù)器集群中的負(fù)載需求，而軟件負(fù)載均衡大多是基于機(jī)器層面的流量均衡苛吱。在實(shí)際場(chǎng)景中酪术，這三種是可以組合在一起使用。下面來(lái)詳細(xì)講講：
基于DNS負(fù)載均衡
基于DNS來(lái)做負(fù)載均衡其實(shí)是一種最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案翠储，通過(guò)在DNS服務(wù)器上做一個(gè)簡(jiǎn)單配置即可绘雁。
其原理就是當(dāng)用戶訪問(wèn)域名的時(shí)候，會(huì)先向DNS服務(wù)器去解析域名對(duì)應(yīng)的IP地址援所，這個(gè)時(shí)候我們可以讓DNS服務(wù)器根據(jù)不同地理位置的用戶返回不同的IP庐舟。比如南方的用戶就返回我們?cè)趶V州業(yè)務(wù)服務(wù)器的IP，北方的用戶來(lái)訪問(wèn)的話住拭，我就返回北京業(yè)務(wù)服務(wù)器所在的IP挪略。
在這個(gè)模式下，用戶就相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了按照「就近原則」將請(qǐng)求分流了滔岳，既減輕了單個(gè)集群的負(fù)載壓力杠娱，也提升了用戶的訪問(wèn)速度。
使用DNS做負(fù)載均衡的方案谱煤，天然的優(yōu)勢(shì)就是配置簡(jiǎn)單摊求，實(shí)現(xiàn)成本非常低，無(wú)需額外的開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作刘离。
但是也有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是：當(dāng)配置修改后室叉，生效不及時(shí)睹栖。這個(gè)是由于DNS的特性導(dǎo)致的，DNS一般會(huì)有多級(jí)緩存茧痕，所以當(dāng)我們修改了DNS配置之后野来，由于緩存的原因，會(huì)導(dǎo)致IP變更不及時(shí)踪旷，從而影響負(fù)載均衡的效果曼氛。
另外，使用DNS做負(fù)載均衡的話埃脏，大多是基于地域或者干脆直接做IP輪詢搪锣，沒(méi)有更高級(jí)的路由策略，所以這也是DNS方案的局限所在彩掐。
基于硬件負(fù)載均衡
硬件的負(fù)載均衡那就比較牛逼了，比如大名鼎鼎的 F5 Network Big-IP灰追，也就是我們常說(shuō)的 F5堵幽，它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，你可以簡(jiǎn)單的理解成類似于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的東西弹澎，完全通過(guò)硬件來(lái)抗壓力朴下，性能是非常的好，每秒能處理的請(qǐng)求數(shù)達(dá)到百萬(wàn)級(jí)苦蒿，即 幾百萬(wàn)/秒 的負(fù)載殴胧，當(dāng)然價(jià)格也就非常非常貴了，十幾萬(wàn)到上百萬(wàn)人民幣都有佩迟。
因?yàn)檫@類設(shè)備一般用在大型互聯(lián)網(wǎng)公司的流量入口最前端团滥，以及政府、國(guó)企等不缺錢企業(yè)會(huì)去使用报强。一般的中小公司是不舍得用的灸姊。
采用 F5 這類硬件做負(fù)載均衡的話，主要就是省心省事秉溉，買一臺(tái)就搞定力惯，性能強(qiáng)大，一般的業(yè)務(wù)不在話下召嘶。而且在負(fù)載均衡的算法方面還支持很多靈活的策略父晶，同時(shí)還具有一些防火墻等安全功能。但是缺點(diǎn)也很明顯弄跌，一個(gè)字：貴甲喝。
基于軟件負(fù)載均衡
軟件負(fù)載均衡是指使用軟件的方式來(lái)分發(fā)和均衡流量。軟件負(fù)載均衡碟绑，分為7層協(xié)議 和 4層協(xié)議俺猿。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有七層茎匠，基于第四層傳輸層來(lái)做流量分發(fā)的方案稱為4層負(fù)載均衡，例如 LVS押袍，而基于第七層應(yīng)用層來(lái)做流量分發(fā)的稱為7層負(fù)載均衡诵冒，例如 Nginx。這兩種在性能和靈活性上是有些區(qū)別的谊惭。
基于4層的負(fù)載均衡性能要高一些汽馋，一般能達(dá)到 幾十萬(wàn)/秒 的處理量，而基于7層的負(fù)載均衡處理量一般只在 幾萬(wàn)/秒 圈盔。
基于軟件的負(fù)載均衡的特點(diǎn)也很明顯豹芯，便宜。在正常的服務(wù)器上部署即可驱敲，無(wú)需額外采購(gòu)铁蹈，就是投入一點(diǎn)技術(shù)去優(yōu)化優(yōu)化即可，因此這種方式是互聯(lián)網(wǎng)公司中用得最多的一種方式众眨。
三握牧、常用的均衡算法有哪些？
上面講完了常見(jiàn)的負(fù)載均衡技術(shù)方案娩梨，那么接下來(lái)咱們看一下沿腰，在實(shí)際方案應(yīng)用中，一般可以使用哪些均衡算法狈定？
輪詢策略
負(fù)載度策略
響應(yīng)策略
哈希策略
下面來(lái)分別介紹一下這幾種均衡算法/策略的特點(diǎn)：
NO.1—— Random 隨機(jī)
這是最簡(jiǎn)單的一種颂龙，使用隨機(jī)數(shù)來(lái)決定轉(zhuǎn)發(fā)到哪臺(tái)機(jī)器上。
優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單使用纽什，不需要額外的配置和算法措嵌。
缺點(diǎn)：隨機(jī)數(shù)的特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)量大到一定量時(shí)才能保證均衡，所以如果請(qǐng)求量有限的話稿湿，可能會(huì)達(dá)不到均衡負(fù)載的要求铅匹。
NO.2—— Round Robin 輪詢
這個(gè)也很簡(jiǎn)單，請(qǐng)求到達(dá)后饺藤，依次轉(zhuǎn)發(fā)包斑，不偏不向。每個(gè)服務(wù)器的請(qǐng)求數(shù)量很平均涕俗。
缺點(diǎn)：當(dāng)集群中服務(wù)器硬件配置不同罗丰、性能差別大時(shí)，無(wú)法區(qū)別對(duì)待再姑。引出下面的算法萌抵。
NO.3—— Weighted Round Robin 加權(quán)輪詢
這種算法的出現(xiàn)就是為了解決簡(jiǎn)單輪詢策略中的不足。在實(shí)際項(xiàng)目中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況绍填。
比如有5臺(tái)機(jī)器霎桅，兩臺(tái)新買入的性能等各方面都特別好，剩下三臺(tái)老古董讨永。這時(shí)候我們?cè)O(shè)置一個(gè)權(quán)重滔驶，讓新機(jī)器接收更多的請(qǐng)求。物盡其用卿闹、能者多勞嘛揭糕！
這種情況下，“均衡“就比較相對(duì)了锻霎，也沒(méi)必要做到百分百的平均著角。
NO.4—— Least Connections 最少連接
這是最符合負(fù)載均衡算法的一個(gè)。需要記錄每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器正在處理的連接數(shù)旋恼，然后將新來(lái)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到最少的那臺(tái)上吏口。
NO.5—— Source Hashing 源地址散列
根據(jù)請(qǐng)求的來(lái)源ip進(jìn)行hash計(jì)算，然后對(duì)應(yīng)到一個(gè)服務(wù)器上冰更。之后所有來(lái)自這個(gè)ip的請(qǐng)求都由同一臺(tái)服務(wù)器處理锨侯。
