前言
在軟件系統(tǒng)的架構(gòu)設計中，對集群的負載均衡設計是作為高性能系統(tǒng)優(yōu)化環(huán)節(jié)中必不可少的方案。負載均衡本質(zhì)上是用于將用戶流量進行均衡減壓的，因此在互聯(lián)網(wǎng)的大流量項目中，其重要性不言而喻。
一、什么是負載均衡？
早期的互聯(lián)網(wǎng)應用，由于用戶流量比較小，業(yè)務邏輯也比較簡單，往往一個單服務器就能滿足負載需求。隨著現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的流量越來越大，稍微好一點的系統(tǒng)，訪問量就非常大了，并且系統(tǒng)功能也越來越復雜，那么單臺服務器就算將性能優(yōu)化得再好，也不能支撐這么大用戶量的訪問壓力了，這個時候就需要使用多臺機器，設計高性能的集群來應對。
那么，多臺服務器是如何去均衡流量、如何組成高性能的集群的呢？
此時就需要請出 「負載均衡器」 入場了。
負載均衡（Load Balancer）是指把用戶訪問的流量，通過「負載均衡器」，根據(jù)某種轉(zhuǎn)發(fā)的策略，均勻的分發(fā)到后端多臺服務器上，后端的服務器可以獨立的響應和處理請求，從而實現(xiàn)分散負載的效果。負載均衡技術(shù)提高了系統(tǒng)的服務能力，增強了應用的可用性。
二、負載均衡方案有幾種？
目前市面上最常見的負載均衡技術(shù)方案主要有三種：
基于DNS負載均衡
基于硬件負載均衡
基于軟件負載均衡
三種方案各有優(yōu)劣，DNS負載均衡可以實現(xiàn)在地域上的流量均衡，硬件負載均衡主要用于大型服務器集群中的負載需求，而軟件負載均衡大多是基于機器層面的流量均衡。在實際場景中，這三種是可以組合在一起使用。下面來詳細講講：
基于DNS負載均衡
基于DNS來做負載均衡其實是一種最簡單的實現(xiàn)方案，通過在DNS服務器上做一個簡單配置即可。
其原理就是當用戶訪問域名的時候，會先向DNS服務器去解析域名對應的IP地址，這個時候我們可以讓DNS服務器根據(jù)不同地理位置的用戶返回不同的IP。比如南方的用戶就返回我們在廣州業(yè)務服務器的IP，北方的用戶來訪問的話，我就返回北京業(yè)務服務器所在的IP。
在這個模式下，用戶就相當于實現(xiàn)了按照「就近原則」將請求分流了，既減輕了單個集群的負載壓力，也提升了用戶的訪問速度。
使用DNS做負載均衡的方案，天然的優(yōu)勢就是配置簡單，實現(xiàn)成本非常低，無需額外的開發(fā)和維護工作。
但是也有一個明顯的缺點是：當配置修改后，生效不及時。這個是由于DNS的特性導致的，DNS一般會有多級緩存，所以當我們修改了DNS配置之后，由于緩存的原因，會導致IP變更不及時，從而影響負載均衡的效果。
另外，使用DNS做負載均衡的話，大多是基于地域或者干脆直接做IP輪詢，沒有更高級的路由策略，所以這也是DNS方案的局限所在。
基于硬件負載均衡
硬件的負載均衡那就比較牛逼了，比如大名鼎鼎的 F5 Network Big-IP，也就是我們常說的 F5，它是一個網(wǎng)絡設備，你可以簡單的理解成類似于網(wǎng)絡交換機的東西，完全通過硬件來抗壓力，性能是非常的好，每秒能處理的請求數(shù)達到百萬級，即 幾百萬/秒 的負載，當然價格也就非常非常貴了，十幾萬到上百萬人民幣都有。
因為這類設備一般用在大型互聯(lián)網(wǎng)公司的流量入口最前端，以及政府、國企等不缺錢企業(yè)會去使用。一般的中小公司是不舍得用的。
采用 F5 這類硬件做負載均衡的話，主要就是省心省事，買一臺就搞定，性能強大，一般的業(yè)務不在話下。而且在負載均衡的算法方面還支持很多靈活的策略，同時還具有一些防火墻等安全功能。但是缺點也很明顯，一個字：貴。
基于軟件負載均衡
軟件負載均衡是指使用軟件的方式來分發(fā)和均衡流量。軟件負載均衡，分為7層協(xié)議 和 4層協(xié)議。
網(wǎng)絡協(xié)議有七層，基于第四層傳輸層來做流量分發(fā)的方案稱為4層負載均衡，例如 LVS，而基于第七層應用層來做流量分發(fā)的稱為7層負載均衡，例如 Nginx。這兩種在性能和靈活性上是有些區(qū)別的。
基于4層的負載均衡性能要高一些，一般能達到 幾十萬/秒 的處理量，而基于7層的負載均衡處理量一般只在 幾萬/秒 。
基于軟件的負載均衡的特點也很明顯，便宜。在正常的服務器上部署即可，無需額外采購，就是投入一點技術(shù)去優(yōu)化優(yōu)化即可，因此這種方式是互聯(lián)網(wǎng)公司中用得最多的一種方式。
三、常用的均衡算法有哪些？
上面講完了常見的負載均衡技術(shù)方案，那么接下來咱們看一下，在實際方案應用中，一般可以使用哪些均衡算法？
輪詢策略
負載度策略
響應策略
哈希策略
下面來分別介紹一下這幾種均衡算法/策略的特點：
NO.1—— Random 隨機
這是最簡單的一種，使用隨機數(shù)來決定轉(zhuǎn)發(fā)到哪臺機器上。
優(yōu)點：簡單使用，不需要額外的配置和算法。
缺點：隨機數(shù)的特點是在數(shù)據(jù)量大到一定量時才能保證均衡，所以如果請求量有限的話，可能會達不到均衡負載的要求。
NO.2—— Round Robin 輪詢
這個也很簡單，請求到達后，依次轉(zhuǎn)發(fā)，不偏不向。每個服務器的請求數(shù)量很平均。
缺點：當集群中服務器硬件配置不同、性能差別大時，無法區(qū)別對待。引出下面的算法。
NO.3—— Weighted Round Robin 加權(quán)輪詢
這種算法的出現(xiàn)就是為了解決簡單輪詢策略中的不足。在實際項目中，經(jīng)常會遇到這樣的情況。
比如有5臺機器，兩臺新買入的性能等各方面都特別好，剩下三臺老古董。這時候我們設置一個權(quán)重，讓新機器接收更多的請求。物盡其用、能者多勞嘛！
這種情況下，“均衡“就比較相對了，也沒必要做到百分百的平均。
NO.4—— Least Connections 最少連接
這是最符合負載均衡算法的一個。需要記錄每個應用服務器正在處理的連接數(shù)，然后將新來的請求轉(zhuǎn)發(fā)到最少的那臺上。
NO.5—— Source Hashing 源地址散列
根據(jù)請求的來源ip進行hash計算，然后對應到一個服務器上。之后所有來自這個ip的請求都由同一臺服務器處理。
