记得第一次接触 Nginx 是在实验室,那时候在服务器部署网站需要用 Nginx 。Nginx 是一个服务组件,用来反向代理、负载平衡和 HTTP 缓存等。那么这里的 负载均衡 是什么?
负载均衡(LB,Load Balance),是一种技术解决方案。用来在多个资源(一般是服务器)中分配负载,达到最优化资源使用,避免过载。
资源,相当于每个服务实例的执行操作单元,负载均衡就是将大量的数据处理操作分摊到多个操作单元进行执行,用来解决互联网分布式系统的大流量、高并发和高可用的问题。那什么是高可用呢?
二、什么是高可用?首先了解什么是高可用?
这是 CAP 定理是分布式系统的基础,也是分布式系统的 3 个指标:
Consistency(一致性)
Availability(可用性)
Partition tolerance(分区容错性)
那高可用(High Availability)是什么?高可用,简称 HA,是系统一种特征或者指标,通常是指,提供一定性能上的服务运行时间,高于平均正常时间段。反之,消除系统服务不可用的时间。
衡量系统是否满足高可用,就是当一台或者多台服务器宕机的时候,系统整体和服务依然正常可用。
举个例子,一些知名的网站保证 4 个 9 以上的可用性,也就是可用性超过 99.99%。那 0.01% 就是所谓故障时间的百分比。比如电商网站有赞,服务不可用会造成商家损失金钱和用户。那么在提高可用性基础上同时,对系统宕机和服务不可用会有补偿。
比如下单服务,可以使用带有负载均衡的多个下单服务实例,代替单一的下单服务实例,即使用冗余的方式来提高可靠性。
总而言之,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。一般通过负载均衡,冗余同一个服务实例的方式,解决分布式系统的大流量、高并发和高可用的问题。负载均衡核心关键:在于是否分配均匀。
三、常见的负载均衡案例场景1:微服务架构中,网关路由到具体的服务实例 hello:
两个相同的服务实例 hello service ,一个端口 8000 ,另一个端口 8082
通过 Kong 的负载均衡 LB 功能,让请求均匀的分发到两个 hello 服务实例
Kong 的负载均衡策略算法很多:默认 weighted-round-robin 算法,还有 consumer: consumer id 作为 hash 算法输入值等
场景2:微服务架构中,A 服务调用 B 服务的集群。通过了 Ribbon 客户端负载均衡组件:
负载均衡策略算法并不高级,最简单的是随机选择和轮循
四、互联网分布式系统解决方案常见的互联网分布式系统架构分为几层,一般如下:
客户端层:比如用户浏览器、APP 端
反向代理层:技术选型 Nignx 或者 F5 等
Web 层:前后端分离场景下, Web 端可以用 NodeJS 、 RN 、Vue
业务服务层:用 Java 、Go,一般互联网公司,技术方案选型就是 SC 或者 Spring Boot + Dubbo 服务化
数据存储层:DB 选型 MySQL ,Cache 选型 Redis ,搜索选型 ES 等
一个请求从第 1 层到第 4 层,层层访问都需要负载均衡。即每个上游调用下游多个业务方的时候,需要均匀调用。这样整体系统来看,就比较负载均衡
第 1 层:客户端层 -> 反向代理层 的负载均衡客户端层 -> 反向代理层的负载均衡如何实现呢?
答案是:DNS 的轮询。 DNS 可以通过 A (Address,返回域名指向的 IP 地址)设置多个 IP 地址。比如这里访问 bysocket.com 的 DNS 配置了 ip1 和 ip2 。为了反向代理层的高可用,至少会有两条 A 记录。这样冗余的两个 ip 对应的 nginx 服务实例,防止单点故障。
每次请求 bysocket.com 域名的时候,通过 DNS 轮询,返回对应的 ip 地址,每个 ip 对应的反向代理层的服务实例,也就是 nginx 的外网ip。这样可以做到每一个反向代理层实例得到的请求分配是均衡的。
第 2 层:反向代理层 -> Web 层 的负载均衡反向代理层 -> Web 层 的负载均衡如何实现呢?
是通过反向代理层的负载均衡模块处理。比如 nginx 有多种均衡方法:
请求轮询。请求按时间顺序,逐一分配到 web 层服务,然后周而复始。如果 web 层服务 down 掉,自动剔除
upstream web-server { server ip3; server ip4; }