负载均衡层次分析

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&＃xff0c;它通常是指&＃xff0c;将请求/数据【均匀】分摊到多个操作单元上执行&＃xff0c;负载均衡的关键在于【均匀】。

常见的负载均衡方案

常见互联网分布式架构如上&＃xff0c;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&＃xff0c;每一个下游都有多个上游调用&＃xff0c;只需要做到&＃xff0c;每一个上游都均匀访问每一个下游&＃xff0c;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&＃xff0c;是通过“DNS轮询”实现的&＃xff1a;DNS-server对于一个域名配置了多个解析ip&＃xff0c;每次DNS解析请求来访问DNS-server&＃xff0c;会轮询返回这些ip&＃xff0c;保证每个ip的解析概率是相同的。这些ip就是nginx的外网ip&＃xff0c;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&＃xff0c;是通过“nginx”实现的。通过修改nginx.conf&＃xff0c;可以实现多种负载均衡策略&＃xff1a;

1)请求轮询&＃xff1a;和DNS轮询类似&＃xff0c;请求依次路由到各个web-server

2)最少连接路由&＃xff1a;哪个web-server的连接少&＃xff0c;路由到哪个web-server

3)ip哈希&＃xff1a;按照访问用户的ip哈希值来路由web-server&＃xff0c;只要用户的ip分布是均匀的&＃xff0c;请求理论上也是均匀的&＃xff0c;ip哈希均衡方法可以做到&＃xff0c;同一个用户的请求固定落到同一台web-server上&＃xff0c;此策略适合有状态服务&＃xff0c;例如session(58沈剑备注&＃xff1a;可以这么做&＃xff0c;但强烈不建议这么做&＃xff0c;站点层无状态是分布式架构设计的基本原则之一&＃xff0c;session最好放到数据层存储)

4)…

常用的有nginx&＃43;tomcat、Apache&＃43;tomcat等

【站点层->服务层】的负载均衡

【站点层】到【服务层】的负载均衡&＃xff0c;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&＃xff0c;每次请求会“随机”选取连接来访问下游服务。

上一篇文章《RPC-client实现细节》中有详细的负载均衡、故障转移、超时处理的细节描述&＃xff0c;欢迎点击link查阅&＃xff0c;此处不再展开。

常用的有rmi、http、webservice、hessian、rpc、jms等

【数据层】的负载均衡

在数据量很大的情况下&＃xff0c;由于数据层(db&＃xff0c;cache)涉及数据的水平切分&＃xff0c;所以数据层的负载均衡更为复杂一些&＃xff0c;它分为“数据的均衡”&＃xff0c;与“请求的均衡”。

数据的均衡是指&＃xff1a;水平切分后的每个服务(db&＃xff0c;cache)&＃xff0c;数据量是差不多的。

请求的均衡是指&＃xff1a;水平切分后的每个服务(db&＃xff0c;cache)&＃xff0c;请求量是差不多的。

业内常见的水平切分方式有这么几种&＃xff1a;

一、按照range水平切分

每一个数据服务&＃xff0c;存储一定范围的数据&＃xff0c;上图为例&＃xff1a;

user0服务&＃xff0c;存储uid范围1-1kw

user1服务&＃xff0c;存储uid范围1kw-2kw

这个方案的好处是&＃xff1a;

(1)规则简单&＃xff0c;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&＃xff0c;可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务

不足是&＃xff1a;

(1)请求的负载不一定均衡&＃xff0c;一般来说&＃xff0c;新注册的用户会比老用户更活跃&＃xff0c;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&＃xff0c;存储某个key值hash后的部分数据&＃xff0c;上图为例&＃xff1a;

user0服务&＃xff0c;存储偶数uid数据

user1服务&＃xff0c;存储奇数uid数据

这个方案的好处是&＃xff1a;

(1)规则简单&＃xff0c;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&＃xff1a;

(1)不容易扩展&＃xff0c;扩展一个数据服务&＃xff0c;hash方法改变时候&＃xff0c;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&＃xff0c;它通常是指&＃xff0c;将请求/数据【均匀】分摊到多个操作单元上执行&＃xff0c;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&＃xff0c;是通过“DNS轮询”实现的

(2)【反向代理层】到【站点层】的负载均衡&＃xff0c;是通过“nginx”实现的

(3)【站点层】到【服务层】的负载均衡&＃xff0c;是通过“服务连接池”实现的

(4)【数据层】的负载均衡&＃xff0c;要考虑“数据的均衡”与“请求的均衡”两个点&＃xff0c;常见的方式有“按照范围水平切分”与“hash水平切分”

【编辑推荐】