常用負載均衡詳解（圖文總結）

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介紹

在互聯網場景下，負載均衡（Load Balance）是分佈式系統架構設計中必須考慮的一個環節，它通常是指將負載流量（工作任務、訪問請求）平衡、分攤到多個操作單元（服務器、組件）上去執行的過程。
目的在於提供負載配比，解決性能、單點故障（高可用）和擴展性（水平伸縮）等問題。
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以上圖爲例，隨着互聯網的興盛，類似淘寶、京東等網站的訪問量逐年提升。原先的單臺服務或者單集羣模式已經遠不能滿足需求了，這時候就需要橫向擴展多臺服務或者多個集羣來分攤壓力，達到提升系統吞吐的能力，這就是著名的分治理論。
但服務器增加了，他們之間的流量負載也必須有一個組件來管控，這就是負載均衡的作用。負載均衡提供了多種算法策略來滿足不同的業務負載需求，下面我們詳細來講解下。

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幾種常見的負載均衡策略

2.1 輪詢（Round Robin）

RR 輪詢，即 Round Robin。按照請求的順序輪流分配到不同的服務器，循環往復。這種策略適用於服務器性能相近的情況，可以平均分配負載。但如果某個服務器性能較差或者偶發故障，會影響整個系統的性能和穩定性。
如下圖所示：
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2.2 按照權重輪詢（Weighted Round Robin）

即加權輪詢，給不同的服務器分配不同的權重，根據權重比例來決定分配請求的數量。這種策略適用於後端服務器性能不均的情況，可以根據實際情況靈活調整。使得性能更好的服務器能夠處理更多的請求，從而提高整個系統的處理效率。
如下圖所示：
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2.3 IP 哈希（IP Hash）

根據客戶端的 IP 地址計算哈希值，將請求分配給特定的服務器，保證相同 IP 的客戶端請求始終發送到同一臺服務器。這種策略適用於需要保持客戶端會話一致性的場景，例如需要維護用戶 session 的 Web 應用。
如下圖所示：
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需要注意的是，雖然 IP 哈希算法可以確保來自同一 IP 地址的請求被髮送到同一臺服務器，這在一些需要保持會話一致性的場景中很有用，但它也可能導致負載不均衡。例如，如果某個 IP 地址發送了大量的請求，那麼處理這些請求的服務器可能會過載，而其他服務器可能處於空閒狀態。因此，在使用 IP 哈希算法時，需要仔細考慮其適用性和潛在的風險。需要對極端情況進行評估，筆者就曾經踩過坑。

2.4 最少連接（Least Connections）

將請求分配給當前連接數最少的服務器，以實現負載均衡。這種策略適用於處理長連接請求的場景，如 WebSocket、FTP 服務。通過記錄每臺服務器當前正在處理的連接數，將新請求分配給連接數最少的服務器，可以有效避免某些服務器過載導致性能下降的情況。
如下圖所示：
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2.5 最短響應時間（Least Response Time）

短響應時間（Least Response Time）算法在負載均衡領域中被廣泛應用。這種策略適用於對響應時間有嚴格要求的應用場景。通過實時監測每臺服務器的響應時間，將請求分配給響應時間最短的服務器，可以確保用戶獲得最快的響應，提升用戶體驗。
如下圖所示：
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同樣，這種算法也有自己的優缺點：

優點：

1、提高用戶體驗：通過選擇響應時間最短的服務器來處理請求，可以顯著減少用戶的等待時間，提高整體的用戶體驗。
2、動態負載均衡：該算法能夠實時地根據服務器的響應時間來調整負載分配，確保每臺服務器都能根據其實際性能來處理相應數量的請求。
3、處理高峯期流量：在流量高峯期，最短響應時間算法可以確保請求被迅速處理，避免系統擁堵和延遲。

缺點：

1、計算開銷：爲了確定每臺服務器的響應時間，系統需要不斷地進行監測和計算，這可能會增加額外的系統開銷。
2、瞬時波動：由於該算法主要依賴於實時的響應時間，因此可能會受到瞬時波動的影響。例如，如果某臺服務器在某一時刻由於某種原因（如臨時的高負載）響應時間變長，它可能會被暫時排除在負載均衡之外，即使其實際性能可能仍然優於其他服務器。
3、可能忽略其他性能指標：最短響應時間算法主要關注響應時間，可能忽略了其他重要的性能指標，如服務器的處理能力、內存佔用等。在某些情況下，這可能導致負載分配不夠均衡。

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總結

本文介紹了常見的幾種負載均衡策略，此外，還有一些其他策略，如：

在選擇負載均衡策略時，需要根據實際應用場景、服務器性能、網絡狀況等因素進行綜合考慮，以達到最佳的負載均衡效果。

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/SljgFDdwum6l8GHOZcbByQ

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