一分钟了解负载均衡的一切

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，负载均衡主要是实现对系统的高可用、网络压力的缓解、处理能力的伸缩。对于数据流量过大，往往单一设备是无法承担的，需要多台的设计进行分流。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】。常见互联网分布式架构，分为客户端层、反向代理nginx层、站点层、服务层、数据层。

常见的负债均衡方案

常见互联网分布式架构如上，分为客户端层、反向代理nginx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“将请求/数据【均匀】分摊到多个操作单元上执行”。

【客户端层->反向代理层】的负载均衡

【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。

【反向代理层->站点层】的负载均衡

【反向代理层】到【站点层】的负载均衡，是通过“nginx”实现的。通过修改nginx.conf，可以实现多种负载均衡策略：

1)请求轮询：和DNS轮询类似，请求依次路由到各个web-server

2)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(58沈剑备注：可以这么做，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好放到数据层存储)

【站点层->服务层】的负载均衡

【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。

【数据层】的负载均衡

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)，数据量是差不多的。

请求的均衡是指：水平切分后的每个服务(db，cache)，请求量是差不多的。

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，上图为例：

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：

(1)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

(2)数据均衡性较好

(3)比较容易扩展，可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务

不足是：

(1)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，上图为例：

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：

(1)规则简单，service只需对uid进行hash能路由到对应的存储服务

(2)数据均衡性较好

(3)请求均匀性较好

不足是：

(1)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，负载均衡的关键在于【均匀】。

(1)【客户端层】到【反向代理层】的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的

(2)【反向代理层】到【站点层】的负载均衡，是通过“nginx”实现的(请求轮询，少请求路由。ip哈希)

(3)【站点层】到【服务层】的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的

(4)【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”

文章摘抄自微信公众号“架构师之路”。