什么是負載均衡?

負載均衡(Load Balance)是分布式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它通常是指，將請求/數據均勻分攤到多個操作單元上執行，負載均衡的關鍵在于均勻。

常見的負載均衡方案有哪些?

常見互聯網分布式架構如上，分為：

• 客戶端層
• 反向代理層
• 站點層
• 服務層
• 數據層

可以看到，每一個下游都有多個上游調用，只需要做到，每一個上游都均勻訪問每一個下游，就能實現整體的均勻分攤。

***層：客戶端層到反向代理層

客戶端層到反向代理層的負載均衡，是通過“DNS輪詢”實現的。

DNS-server對于一個域名配置了多個解析ip，每次DNS解析請求來訪問DNS-server，會輪詢返回這些ip，保證每個ip的解析概率是相同的。這些ip就是nginx的外網ip，以做到每臺nginx的請求分配也是均衡的。

第二層：反向代理層到站點層

反向代理層到站點層的負載均衡，是通過“nginx”實現的。

畫外音：nginx是反向代理的泛指。

修改nginx.conf，可以實現多種均衡策略：

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

(2) 最少連接路由：哪個web-server的連接少，路由到哪個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，請求理論上也是均勻的，ip哈希均衡方法可以做到，同一個用戶的請求固定落到同一臺web-server上，此策略適合有狀態服務，例如session;

畫外音：站點層可以存儲session，但強烈不建議這么做，站點層無狀態是分布式架構設計的基本原則之一，session***放到數據層存儲。

(4) …

第三層：站點層到服務層

站點層到服務層的負載均衡，是通過“服務連接池”實現的。

上游連接池會建立與下游服務多個連接，每次請求會“隨機”選取連接來訪問下游服務。除了負載均衡，服務連接池還能夠實現故障轉移、超時處理、限流限速、ID串行化等諸多功能。

第四層：訪問數據層

在數據量很大的情況下，由于數據層(db/cache)涉及數據的水平切分，所以數據層的負載均衡更為復雜一些，它分為“數據的均衡”，與“請求的均衡”。

• 數據的均衡是指：水平切分后的每個服務(db/cache)，數據量是均勻的。
• 請求的均衡是指：水平切分后的每個服務(db/cache)，請求量是均勻的。

業內常見的水平切分方式有這么幾種：

一、按照range水平切分

每一個數據服務，存儲一定范圍的數據：

• user0服務：存儲uid范圍1-1kw
• user1服務：存儲uid范圍1kw-2kw

這個方案的好處是：

• 規則簡單，service只需判斷一下uid范圍就能路由到對應的存儲服務
• 數據均衡性較好
• 比較容易擴展，可以隨時加一個uid[2kw,3kw]的數據服務

不足是：

• 請求的負載不一定均衡，一般來說，新注冊的用戶會比老用戶更活躍，大range的服務請求壓力會更大

二、按照id哈希水平切分

每一個數據服務，存儲某個key值hash后的部分數據：

• user0服務：存儲偶數uid數據
• user1服務：存儲奇數uid數據

這個方案的好處是：

• 規則簡單，service只需對uid進行hash能路由到對應的存儲服務
• 數據均衡性較好
• 請求均勻性較好

不足是：

• 不容易擴展，擴展一個數據服務，hash方法改變時候，可能需要進行數據遷移

總結

負載均衡(Load Balance)是分布式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它通常是指，將請求/數據均勻分攤到多個操作單元上執行，其的關鍵在于均勻：

• 反向代理層的負載均衡，是通過“DNS輪詢”實現的
• 站點層的負載均衡，是通過“nginx”實現的
• 服務層的負載均衡，是通過“服務連接池”實現的
• 數據層的負載均衡，要考慮“數據的均衡”與“請求的均衡”兩個點，常見的方式有“按照范圍水平切分”與“hash水平切分”

希望大家有收獲。

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創稿件，轉載請聯系原作者】

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