Ngin专题五:深入理解负载均衡

1.前言

最近参加一个笔试的面试,题目很简单,就是简述负载均衡的原理,以及你用过的哪些中间件实现了负载均衡,怎么实现的,以及对应的负载策略,题目看似简单,其实不然,如果你是一个高级或者资深java研发的话,并不应该止于表面,一个合格的高级java研发,一定是一个业务的多面手,一定可以结合实际业务给出合适的解决方案;

2.负载均衡的由来

在业务初期,我们一般会先使用单台服务器对外提供服务。随着业务流量越来越大,单台服务器无论如何优化,无论采用多好的硬件,总会有性能天花板,当单服务器的性能无法满足业务需求时,就需要把多台服务器组成集群系统提高整体的处理性能;
基于上述需求,我们要使用统一的流量入口来对外提供服务,本质上就是需要一个流量调度器,通过均衡的算法,将用户大量的请求流量均衡地分发到集群中不同的服务器上
使用负载均衡可以给我们带来的几个好处:
1.提高了系统的整体性能;
2.提高了系统的扩展性;
3.提高了系统的可用性;

3.负载均衡的类型

广义上的负载均衡器大概可以分为 3 类,包括:DNS 方式实现负载均衡、硬件负载均衡、软件负载均衡。

4. DNS实现负载均衡

DNS 实现负载均衡是最基础简单的方式。一个域名通过 DNS 解析到多个 IP,每个 IP 对应不同的服务器实例,这样就完成了流量的调度,虽然没有使用常规的负载均衡器,但实现了简单的负载均衡功能


image.png

通过 DNS 实现负载均衡的方式,最大的优点就是实现简单,成本低,无需自己开发或维护负载均衡设备,不过存在一些缺点:

  • 服务器故障切换延迟大,服务器升级不方便。(例如:业务服务故障,DNS修改或者摘除故障服务器,需要经过运营商的DNS缓存,时效性会很慢)
  • 流量调度不均衡,粒度太粗(地区运营商不可能只服务你一家,背后服务了多少用户,也会造成流量调度的不均匀)
  • 流量分配策略太简单,支持的算法太少。(DNS一般只支持轮询的方式,流量分配策略比较简单,不支持权重、Hash调度等算法)
  • DNS 支持的 IP 列表有限制(比如阿里的DNS 系统针对同一个域名支持配置 10 个不同的 IP 地址)
    备注:实际上生产环境中很少使用这种方式来实现负载均衡,毕竟缺点很明显。文中之所以描述 DNS 负载均衡方式,是为了能够更清楚地解释负载均衡的概念;
    但是像 BAT 体量的公司一般会利用 DNS 来实现地理级别的全局负载均衡,实现就近访问,提高访问速度,这种方式一般是入口流量的基础负载均衡,下层会有更专业的负载均衡设备实现的负载架构

5.硬件负载均衡

硬件负载均衡是通过专门的硬件设备来实现负载均衡功能,是专用的负载均衡设备。目前业界典型的硬件负载均衡设备有两款:F5 和 A10
这类设备性能强劲、功能强大,但价格非常昂贵,一般只有土豪公司才会使用此类设备,中小公司一般负担不起,业务量没那么大,用这些设备也是挺浪费的
硬件负载均衡的优点:
- 功能强大:全面支持各层级的负载均衡,支持全面的负载均衡算法。
- 性能强大:性能远超常见的软件负载均衡器。
- 稳定性高:商用硬件负载均衡,经过了良好的严格测试,经过大规模使用,稳定性高。
- 安全防护:还具备防火墙、防 DDoS 攻击等安全功能,以及支持 SNAT 功能。

SNAT(源地址转换):是源地址转换,其作用是将ip数据包的源地址转换成另外一个地址
硬件负载均衡的缺点也很明显:
价格贵;
扩展性差,无法进行扩展和定制;
调试和维护比较麻烦,需要专业人员;

6.软件负载均衡(重点)

软件负载均衡,可以在普通的服务器上运行负载均衡软件,实现负载均衡功能。目前常见的有 Nginx、HAproxy、LVS。
下面只介绍Nginx,原因是国内公司使用最多,其他只做了解即可;
nginx应用场景之一就是负载均衡。在访问量较多的时候,可以通过负载均衡,将多个请求分摊到多台服务器上,相当于把一台服务器需要承担的负载量交给多台服务器处理,进而提高系统的吞吐率;另外如果其中某一台服务器挂掉,其他服务器还可以正常提供服务,以此来提高系统的可伸缩性与可靠性

6.1 nginx负载均衡

image.png

6.1 Nginx负载均衡策略

以下截图为nginx官网文档


image.png

nginx内置负载均衡策略主要分为三大类,分别是轮询、最少连接和ip hash

1.轮询:以循环方式分发对应用服务器的请求,将请求平均分发到每台服务器上。

1.1轮询实现方案
1.1.1普通轮询方式
该方式是默认方式,轮询适合服务器配置相当,无状态且短平快的服务使用。另外在轮询中,如果服务器挂掉,会自动剔除该服务器。

http {
    # 定义转发分配规则
    upstream myapp1 {
        server srv1.com; # 要转发到的服务器,如ip、ip:端口号、域名、域名:端口号
        server srv2.com:8088;
        server 192.168.0.100:8088;
    }

    server {
        listen 80; # nginx监听的端口

        location / {
            # 使用myapp1分配规则,即刚自定义添加的upstream节点
            # 将所有请求转发到myapp1服务器组中配置的某一台服务器上
            proxy_pass http://myapp1; 
        }
    }
}

1.1.2权重轮询方式
如果在 upstream 中配置的server参数后追加 weight 配置,则会根据配置的权重进行请求分发。此策略可以与least_conn和ip_hash结合使用,适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。

# 定义转发分配规则
upstream myapp1 {
    server srv1.com weight=1; # 该台服务器接受1/6的请求量
    server srv2.com:8088 weight=2; # 该台服务器接受2/6的请求量
    server 192.168.0.100:8088 weight=3; # 该台服务器接受3/6的请求量;
}

2.最少连接

轮询算法是把请求平均的转发给各个后端,使它们的负载大致相同;但是,有些请求占用的时间很长,会导致其所在的后端负载较高。这种情况下,least_conn这种方式就可以达到更好的负载均衡效果,适合请求处理时间长短不一造成服务器过载的情况。

# 定义转发分配规则
upstream myapp1 {
    least_conn; # 把请求分派给连接数最少的服务器
    server srv1.com;
    server srv2.com:8088;
    server 192.168.0.100:8088;
}

3.ip hash (有针对的场景:)

这个方法确保了相同的客户端请求一直发送到相同的服务器,这样每个访客都固定访问一个后端服务器。如用户需要分片上传文件到服务器下,然后再由服务器将分片合并,这时如果用户的请求到达了不同的服务器,那么分片将存储于不同的服务器目录中,导致无法将分片合并,该场景则需要使用ip hash策略。
备注:需要注意的是,ip_hash不能与backup同时使用,另外当有服务器需要剔除,必须手动down掉,此模式适合有状态服务,比如session

# 定义转发分配规则
upstream myapp1 {
    ip_hash; # #保证每个请求固定访问一个后端服务器
    server srv1.com;
    server srv2.com:8088;
    server 192.168.0.100:8088;
}

参考链接:https://blog.csdn.net/guo_ridgepole/article/details/124517113

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,214评论 6 481
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,307评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 152,543评论 0 341
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,221评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,224评论 5 371
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,007评论 1 284
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,313评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,956评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,441评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,925评论 2 323
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,018评论 1 333
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,685评论 4 322
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,234评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,240评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,464评论 1 261
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,467评论 2 352
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,762评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容