互联网架构 -- 负载均衡
kjfcpua 2017-09-11
互联网架构 -- 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】。
常见的负载均衡方案
常见互联网分布式架构分为：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
通过“DNS轮询”来实现这一层的负载均衡：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
这一层的负载均衡，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(可以这么做，但强烈不建议这么做，站点层无状态是分布式架构设计的基本原则之一，session最好放到数据层存储)。
【客户端层->站点层】的负载均衡
其实从客户端层到站点层，可以不用nginx和DNS轮询，用云平台（AWS、阿里云、腾讯云）做负载均衡，也同样能解决问题。而且维护起来更加简单方便，还能有流量报告，减少和增加服务也更加方便。然后再用nginx做反向代理层，通过Nginx 服务器，才能访问到真正的web服务器。
【站点层->服务层】的负载均衡
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：水平切分后的每个服务(db，cache)，数据量是差不多的。解决方法：按照范围水平拆分
- 请求的均衡：水平切分后的每个服务(db，cache)，请求量是差不多的。解决方法：按照哈希水平拆分
按照范围水平拆分
每一个数据服务，存储一定范围的数据，上图为例：
- user0库，存储uid范围1-1kw
- user1库，存储uid范围1kw-2kw
优点
- 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；
缺点
- 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；
按照哈希水平拆分
每一个数据库，存储某个key值hash后的部分数据，上图为例：
- user0库，存储偶数uid数据
- user1库，存储奇数uid数据
优点
- 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；
缺点
- 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；
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，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】。
- 【客户端层】到【反向代理层】的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的
- 【反向代理层】到【站点层】的负载均衡，是通过“nginx”实现的
- 【站点层】到【服务层】的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的
- 【数据层】的负载均衡，要考虑“数据的均衡”与“请求的均衡”两个点，常见的方式有“按照范围水平切分”与“hash水平切分”
