1.简介
LoadBalance 中文意思为负载均衡，它的职责是将网络请求，或者其他形式的负载“均摊”到不同的机器上。避免集群中部分服务器压力过大，而另一些服务器比较空闲的情况。通过负载均衡，可以让每台服务器获取到适合自己处理能力的负载。在为高负载服务器分流的同时，还可以避免资源浪费，一举两得。负载均衡可分为软件负载均衡和硬件负载均衡。在我们日常开发中，一般很难接触到硬件负载均衡。但软件负载均衡还是可以接触到的，比如 Nginx。在 Dubbo 中，也有负载均衡的概念和相应的实现。Dubbo 需要对服务消费者的调用请求进行分配，避免少数服务提供者负载过大。服务提供者负载过大，会导致部分请求超时。因此将负载均衡到每个服务提供者上，是非常必要的。Dubbo 提供了4种负载均衡实现，分别是基于权重随机算法的 RandomLoadBalance、基于最少活跃调用数算法的 LeastActiveLoadBalance、基于 hash 一致性的 ConsistentHashLoadBalance，以及基于加权轮询算法的 RoundRobinLoadBalance。
2.源码分析
本文主要分析一下Dubbo默认的负载均衡算法，Random LoadBalance算法，其他类的分析就不再深入了，都是根据均衡算法得出某个 invoker ，其他的就不多说了，进入正题吧。
在 Dubbo 中，所有负载均衡实现类均继承自 AbstractLoadBalance，该类实现了 LoadBalance 接口，并封装了一些公共的逻辑。继承关系如下图：
在上一节我们将集群的时候，最后的 invoker 又 负载均衡的 select 方法选出，我们先来看一下上一节设计到负载均衡的代码， AbstractClusterInvoker 类 ：
private Invoker<T> doSelect(LoadBalance loadbalance, Invocation invocation,
List<Invoker<T>> invokers, List<Invoker<T>> selected) throws RpcException {
if (CollectionUtils.isEmpty(invokers)) {
return null;
}
// 如果 invokers 列表中仅有一个 Invoker，直接返回即可，无需进行负载均衡
if (invokers.size() == 1) {
return invokers.get(0);
}
// 调用 doSelect 方法进行负载均衡，该方法为抽象方法，由子类实现
Invoker<T> invoker = loadbalance.select(invokers, getUrl(), invocation);
// 省略其他代码 ...
return invoker;
}
select 方法的逻辑比较简单，首先会检测 invokers 集合的合法性，然后再检测 invokers 集合元素数量。如果只包含一个 Invoker，直接返回该 Inovker 即可。如果包含多个 Invoker，此时需要通过负载均衡算法选择一个 Invoker。具体的负载均衡算法由子类实现。
AbstractLoadBalance 除了实现了 LoadBalance 接口方法，还封装了一些公共逻辑，比如服务提供者权重计算逻辑。具体实现如下：
int getWeight(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) {
int weight;
URL url = invoker.getUrl();
// Multiple registry scenario, load balance among multiple registries.
// 从 url 中获取权重 weight 配置值
if (REGISTRY_SERVICE_REFERENCE_PATH.equals(url.getServiceInterface())) {
weight = url.getParameter(REGISTRY_KEY + "." + WEIGHT_KEY, DEFAULT_WEIGHT);
} else {
weight = url.getMethodParameter(invocation.getMethodName(), WEIGHT_KEY, DEFAULT_WEIGHT);
if (weight > 0) {
// 获取服务提供者启动时间戳
long timestamp = invoker.getUrl().getParameter(TIMESTAMP_KEY, 0L);
if (timestamp > 0L) {
// 计算服务提供者运行时长
long uptime = System.currentTimeMillis() - timestamp;
if (uptime < 0) {
return 1;
}
// 获取服务预热时间，默认为10分钟
int warmup = invoker.getUrl().getParameter(WARMUP_KEY, DEFAULT_WARMUP);
// 如果服务运行时间小于预热时间，则重新计算服务权重，即降权
if (uptime > 0 && uptime < warmup) {
// 重新计算服务权重
weight = calculateWarmupWeight((int)uptime, warmup, weight);
}
}
}
}
return Math.max(weight, 0);
}
// 计算权重，下面代码逻辑上形似于 (uptime / warmup) * weight。
// 随着服务运行时间 uptime 增大，权重计算值 ww 会慢慢接近配置值 weight
static int calculateWarmupWeight(int uptime, int warmup, int weight) {
int ww = (int) ( uptime / ((float) warmup / weight));
return ww < 1 ? 1 : (Math.min(ww, weight));
}
上面是权重的计算过程，该过程主要用于保证当服务运行时长小于服务预热时间时，对服务进行降权，避免让服务在启动之初就处于高负载状态。服务预热是一个优化手段，与此类似的还有 JVM 预热。主要目的是让服务启动后“低功率”运行一段时间，使其效率慢慢提升至最佳状态。
关于 AbstractLoadBalance 就先分析到这，接下来分析Dubbo 缺省的实现类 RandomLoadBalance的代码。
2.1 RandomLoadBalance
RandomLoadBalance 是加权随机算法的具体实现，它的算法思想很简单。假设我们有一组服务器 servers = [A, B, C]，他们对应的权重为 weights = [5, 3, 2]，权重总和为10。现在把这些权重值平铺在一维坐标值上，[0, 5) 区间属于服务器 A，[5, 8) 区间属于服务器 B，[8, 10) 区间属于服务器 C。接下来通过随机数生成器生成一个范围在 [0, 10) 之间的随机数，然后计算这个随机数会落到哪个区间上。比如数字3会落到服务器 A 对应的区间上，此时返回服务器 A 即可。权重越大的机器，在坐标轴上对应的区间范围就越大，因此随机数生成器生成的数字就会有更大的概率落到此区间内。只要随机数生成器产生的随机数分布性很好，在经过多次选择后，每个服务器被选中的次数比例接近其权重比例。比如，经过一万次选择后，服务器 A 被选中的次数大约为5000次，服务器 B 被选中的次数约为3000次，服务器 C 被选中的次数约为2000次。
以上就是 RandomLoadBalance 背后的算法思想，比较简单。下面开始分析源码。
public class RandomLoadBalance extends AbstractLoadBalance {
public static final String NAME = "random";
@Override
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
// Number of invokers
int length = invokers.size();
// Every invoker has the same weight?
boolean sameWeight = true;
// the weight of every invokers
int[] weights = new int[length];
// the first invoker's weight
int firstWeight = getWeight(invokers.get(0), invocation);
weights[0] = firstWeight;
// The sum of weights
int totalWeight = firstWeight;
for (int i = 1; i < length; i++) {
int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
// save for later use
weights[i] = weight;
// Sum
totalWeight += weight;
if (sameWeight && weight != firstWeight) {
sameWeight = false;
}
}
if (totalWeight > 0 && !sameWeight) {
// If (not every invoker has the same weight & at least one invoker's weight>0), select randomly based on totalWeight.
int offset = ThreadLocalRandom.current().nextInt(totalWeight);
// Return a invoker based on the random value.
for (int i = 0; i < length; i++) {
offset -= weights[i];
if (offset < 0) {
return invokers.get(i);
}
}
}
// If all invokers have the same weight value or totalWeight=0, return evenly.
return invokers.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(length));
}
}
RandomLoadBalance 的算法思想比较简单，在经过多次请求后，能够将调用请求按照权重值进行“均匀”分配。当然 RandomLoadBalance 也存在一定的缺点，当调用次数比较少时，Random 产生的随机数可能会比较集中，此时多数请求会落到同一台服务器上。这个缺点并不是很严重，多数情况下可以忽略。RandomLoadBalance 是一个简单，高效的负载均衡实现，因此 Dubbo 选择它作为缺省实现。
2.x 其他负载均衡算法
待补充
3.各种负载均衡算法对比
4.总结
本篇文章对 Dubbo 中的几种负载均衡实现进行了初步的认识分析，因此大家在阅读源码前，务必先了解每种负载均衡对应的背景知识。
5.参考资料
本文参考于Dubbo官网，详情以官网最新文档为准。
