负载均衡

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：
  • 请求轮询：和DNS轮询类似，请求依次路由到各个web-server
  • 最少连接路由：哪个web-server的连接少，路由到哪个web-server
  • 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.
• “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：
    • 按照range水平切分
      • 好处
        • 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
    • 按照id哈希水平切分
      • 好处：
        • 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：
        • 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