分布式系统的负载均衡 | 架构干货

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那些是负载均衡?

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 是三个小 多服务组件,用来反向代理、负载平衡和 HTTP 缓存等。没人这里的 负载均衡 是那些?

负载均衡(LB,Load Balance),是五种技术防止方案。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,防止过载。

资源,为宜每个服务实例的执行操作单元,负载均衡要是将多量的数据防止操作分摊到多个操作单元进行执行,用来防止互联网分布式系统的大流量、高并发和高可用的问题。那那些是高可用呢?

首先了解那些是高可用?

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:

  1. Consistency(一致性)
  2. Availability(可用性)
  3. Partition tolerance(分区容错性)

那高可用(High Availability)是那些?高可用,简称 HA,是系统五种形态肯能指标,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,要是当一台肯能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,要我 知名的网站保证 4 个 9 以上的可用性,也要是可用性超过 99.99%。那 0.01% 要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。没人在提高可用性基础上共同,对系统宕机和服务不可用会有补偿。

比如下单服务,可不都还可以 使用暗含负载均衡的多个下单服务实例,代替单一的下单服务实例,即使用冗余的办法 来提高可靠性。

总而言之,负载均衡(Load Balance)是分布式系统采集中需要考虑的因素之一。一般通过负载均衡,冗余同三个小 多服务实例的办法 ,防止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。

场景1:微服务架构中,网关路由到具体的服务实例 hello:

  • 三个小 多相同的服务实例 hello service ,三个小 多端口 500 ,曾经端口 5082
  • 通过 Kong 的负载均衡 LB 功能,让请求均匀的采集到三个小 多 hello 服务实例
  • Kong 的负载均衡策略算法要我 :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:

  • 负载均衡策略算法不须高级,最简单的是随机选者和轮循

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 肯能 F5 等
  • Web 层:前后端分离场景下, Web 端可不都还可以 用 NodeJS 、 RN 、Vue
  • 业务服务层:用 Java 、Go,一般互联网公司,技术方案选型要是 SC 肯能 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

三个小 多请求从第 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。曾经整体系统来看,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怎么都还可以实现呢?

答案是:DNS 的轮询。 DNS 可不都还可以 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,为宜会有两条 A 记录。曾经冗余的三个小 多 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,也要是 nginx 的外网ip。曾经可不都还可以 做到每三个小 多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 的负载均衡怎么都还可以实现呢?

是通过反向代理层的负载均衡模块防止。比如 nginx 有多种均衡办法 :

  1. 请求轮询。请求按时间顺序,逐一分配到 web 层服务,要我 周而复始。肯能 web 层服务 down 掉,自动剔除
upstream web-server {
    server ip3;
    server ip4;
}
  1. ip 哈希。按照 ip 的哈希值,选者路由到对应的 web 层。只要是用户的 ip 是均匀的,没人请求到 Web 层也是均匀的。

    还有个好处要是同三个小 多 ip 的请求会采集到相同的 web 层服务。曾经每个用户固定访问三个小 多 web 层服务,可不都还可以 防止 session 的问题。
upstream web-server {
    ip_hash;
    server ip3;
    server ip4;
}
  1. weight 权重 、 fair、url_hash 等

第 3 层:Web 层 -> 业务服务层 的负载均衡

Web 层 -> 业务服务层 的负载均衡怎么都还可以实现呢?

比如 Dubbo 是三个小 多服务治理方案,包括服务注册、服务降级、访问控制、动态配置路由规则、权重调节、负载均衡。其暗含一个 多形态要是智能负载均衡:内置多种负载均衡策略,智能感知下游节点健康情况,显著减少调用延迟,提高系统吞吐量。

为了防止防止单点故障和支持服务的横向扩容,三个小 多服务通常会部署多个实例,即 Dubbo 集群部署。会将多个服务实例成为三个小 多服务提供方,要我 根据配置的随机负载均衡策略,在20个 Provider 中随机选者了三个小 多来调用,假设随机到了第7个 Provider。LoadBalance 组件从提供者地址列表中,使用均衡策略,选者选三个小 多提供者进行调用,肯能调用失败,再选另一台调用。

Dubbo内置了4种负载均衡策略:

  • RandomLoadBalance:随机负载均衡。随机的选者三个小 多。是Dubbo的默认负载均衡策略。
  • RoundRobinLoadBalance:轮询负载均衡。轮询选者三个小 多。
  • LeastActiveLoadBalance:为宜活跃调用数,相同活跃数的随机。活跃数指调用前后计数差。使慢的 Provider 收到更少请求,肯能越慢的 Provider 的调用前后计数差会越大。
  • ConsistentHashLoadBalance:一致性哈希负载均衡。相同参数的请求时不时落在同一台机器上。

同样,肯能业务的需要,也可不都还可以 实现当时人的负载均衡策略

第 4 层:业务服务层 -> 数据存储层 的负载均衡

数据存储层的负载均衡,一般通过 DBProxy 实现。比如 MySQL 分库分表。

当单库肯能单表访问太少,数据量太少的情况下,需要进行垂直拆分和水平拆分三个小 多维度。比如水平切分规则:

  • Range 、 时间
  • hash 取模,订单根据店铺ID 等

但伴随着这块的负载会再次时不时出现下面的问题,需要防止:

  • 分布式事务
  • 跨库 join 等

现状分库分表的产品方案要我 :当当 sharding-jdbc、阿里的 Cobar 等

对外看来,负载均衡是三个小 多系统或软件的整体。对内看来,层层上下游调用。要我 位于调用,就需要考虑负载均衡你是什么 因素。要我 负载均衡(Load Balance)是分布式系统采集中需要考虑的因素之一。考虑主要是怎么都还可以让下游接收到的请求是均匀分布的:

  • 第 1 层:客户端层 -> 反向代理层 的负载均衡。通过 DNS 轮询
  • 第 2 层:反向代理层 -> Web 层 的负载均衡。通过 Nginx 的负载均衡模块
  • 第 3 层:Web 层 -> 业务服务层 的负载均衡。通过服务治理框架的负载均衡模块
  • 第 4 层:业务服务层 -> 数据存储层 的负载均衡。通过数据的水平分布,数据均匀了,理论上请求也会均匀。比如通过买家ID分片累似

原创不易,争取多画图,图解胜千言(泥瓦匠@bysocket.com)

参考资料:

  • 《关于负载均衡的一切》https://mp.weixin.qq.com/s/xvozZjmn-CvmQMAEAyDc3w
  • 《Dubbo 的负载均衡》http://dubbo.apache.org/zh-cn/blog/dubbo-loadbalance.html
  • https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B4%9F%E8%BD%BD%E5%9D%87%E8%A1%A1