最近有小伙伴想讓我聊一聊負(fù)載均衡方面的問(wèn)題，我說(shuō)，網(wǎng)上有這么多資料了，怎么還需要我來(lái)分享，他說(shuō)網(wǎng)上的很多資料不系統(tǒng)，難理解。因此就做了這個(gè)視頻。

關(guān)于負(fù)載均衡，我會(huì)從四個(gè)方面去說(shuō)。

1. 負(fù)載均衡產(chǎn)生的背景

2. 負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3. 負(fù)載均衡的作用范圍

4. 負(fù)載均衡的常用算法

負(fù)載均衡的誕生背景

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展早期，由于用戶量較少、業(yè)務(wù)需求也比較簡(jiǎn)單。對(duì)于軟件應(yīng)用，我們只需要一臺(tái)高配的服務(wù)器即可完成業(yè)務(wù)的支撐，這樣的軟件架構(gòu)稱為單體架構(gòu)（展示單體架構(gòu)的圖片）

隨著用戶量的增加，服務(wù)器的請(qǐng)流量也隨之增加，在這個(gè)過(guò)程中單體架構(gòu)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。

1. 軟件的性能逐步下降，訪問(wèn)延遲越來(lái)越高

2. 容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入了集群化部署的架構(gòu)，也就是把一個(gè)軟件應(yīng)用同時(shí)部署在多個(gè)服務(wù)器上（展示圖片）

架構(gòu)的變化帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題：

1. 客戶端請(qǐng)求如何均勻的分發(fā)到多臺(tái)目標(biāo)服務(wù)器上？

2. 如何檢測(cè)目標(biāo)服務(wù)器的健康狀態(tài)，使得客戶端請(qǐng)求不向已經(jīng)宕機(jī)的服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。

為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，引入了負(fù)載均衡的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，負(fù)載均衡機(jī)制的核心目的是讓客戶端的請(qǐng)求合理均勻的分發(fā)到多臺(tái)目標(biāo)服務(wù)器，由于請(qǐng)求被多個(gè)節(jié)點(diǎn)分發(fā)，使得服務(wù)端的性能得到有效的提升。

如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡呢？

常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方案有三種！

• 基于DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

• 基于硬件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

• 基于軟件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

先來(lái)說(shuō)一下基于DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的方式，它的實(shí)現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，只需要在DNS服務(wù)器上針對(duì)某個(gè)域名做多個(gè)IP映射即可。

它的工作原理是：?當(dāng)用戶通過(guò)域名訪問(wèn)某個(gè)網(wǎng)站時(shí)，會(huì)先通過(guò)DNS服務(wù)器進(jìn)行域名解析得到一個(gè)IP地址，DNS服務(wù)器可以隨機(jī)分配一個(gè)IP地址進(jìn)行訪問(wèn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)服務(wù)集群的請(qǐng)求分發(fā)。

除此之外，DNS還可以根據(jù)不同的地域分配就近機(jī)房的IP，比如長(zhǎng)沙的小伙伴，可能會(huì)得到在湖南范圍內(nèi)最近的一個(gè)機(jī)房的IP，在這個(gè)模式下可以實(shí)現(xiàn)「就近原則」實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求處理，縮短了通信距離從而提升網(wǎng)站訪問(wèn)效率。

DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)是：?配置簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，無(wú)需額外的開發(fā)和維護(hù)。

不過(guò)缺點(diǎn)也很明顯：

由于DNS多級(jí)緩存的特性，當(dāng)我們修改DNS配置之后，會(huì)因?yàn)榫彺鎸?dǎo)致IP變更不及時(shí)，從而影響負(fù)載均衡的效果。

第二種，基于硬件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

硬件負(fù)載設(shè)備，我們可以簡(jiǎn)單把它理解成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，類似于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，它

1. 它的性能很好，每秒能夠處理百萬(wàn)級(jí)別的請(qǐng)求，

2. 支持多種負(fù)載均衡算法，我們可以非常靈活的配置不同的負(fù)載策略

3. 它還具備防火墻等安全功能。

4. 硬件負(fù)載是商業(yè)產(chǎn)品，有專門的售后來(lái)支持，所以企業(yè)不需要花精力去做維護(hù)。

F5是比較常見(jiàn)的硬件負(fù)載設(shè)備，由于硬件負(fù)載設(shè)備價(jià)格比較貴，一般應(yīng)用在大型銀行、政府、電信等領(lǐng)域。

第三種，基于軟件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

所謂軟件負(fù)載，就是通過(guò)一些開源軟件或者商業(yè)軟件來(lái)完成負(fù)載均衡的功能。常見(jiàn)的軟件負(fù)載技術(shù)有：Nginx、LVS、HAProxy等。

目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)絕大部分采用的都是軟件負(fù)載，主要原因是：

1. 免費(fèi)，企業(yè)不需要投入較高的成本。

2. 開源，不同企業(yè)對(duì)于負(fù)載均衡的要求有差異，所以可以基于開源軟件上做二次開發(fā)。

3. 靈活性較高

這三種方式，沒(méi)有好壞之分，只有是否合適，因此大家可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。

負(fù)載均衡的作用范圍

負(fù)載均衡是作用在網(wǎng)絡(luò)通信上，來(lái)實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的分發(fā)。

而在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基于OSI模型，又分為7層網(wǎng)絡(luò)模型

也就是意味著我們可以在網(wǎng)絡(luò)的某些分層上做請(qǐng)求分發(fā)處理，因此根據(jù)這樣一個(gè)特性，對(duì)于負(fù)載均衡的作用范圍又可以分為：

1. 二層負(fù)載

2. 三層負(fù)載

3. 四層負(fù)載

4. 七層負(fù)載

二層負(fù)載：基于Mac地址來(lái)實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分發(fā)，一般采用虛擬Mac的方式實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器收到請(qǐng)求后，通過(guò)動(dòng)態(tài)分配后端服務(wù)的實(shí)際Mac地址進(jìn)行響應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

三層負(fù)載：基于IP層負(fù)載，一般通過(guò)虛擬IP的方式實(shí)現(xiàn)，外部請(qǐng)求訪問(wèn)虛擬IP，服務(wù)器收到請(qǐng)求后根據(jù)后端實(shí)際IP地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

四層負(fù)載：?通過(guò)請(qǐng)求報(bào)文中的目標(biāo)地址和端口進(jìn)行負(fù)載，Nginx、F5、LVS等都可以實(shí)現(xiàn)四層負(fù)載。（展示圖片）

七層負(fù)載：?七層負(fù)載是基于應(yīng)用層負(fù)載，也就是服務(wù)器端可以根據(jù)http協(xié)議中請(qǐng)求的報(bào)文信息來(lái)決定把請(qǐng)求分發(fā)到哪個(gè)目標(biāo)服務(wù)器上，比如Cookie、消息體、RequestHeader等。（展示圖片）

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最后一個(gè)，就是負(fù)載均衡的常用算法

所謂負(fù)載均衡算法，就是決定當(dāng)前客戶端請(qǐng)求匹配到目標(biāo)服務(wù)器集群中的具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。

常見(jiàn)的負(fù)載均衡算法有：

1.輪訓(xùn)，也就是多個(gè)服務(wù)器按照順序輪訓(xùn)返回，這樣每個(gè)服務(wù)器都能獲得相同的請(qǐng)求次數(shù)

2.隨機(jī)，根據(jù)隨機(jī)算法獲得一個(gè)目標(biāo)服務(wù)地址（就像古時(shí)候皇帝翻牌子），由于該算法具備隨機(jī)性，因此每個(gè)服務(wù)器獲得的請(qǐng)求數(shù)量不一定均等。

3.一致性hash，也就是對(duì)于具有相同hash碼的請(qǐng)求，永遠(yuǎn)發(fā)送到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

4.最小連接數(shù)，根據(jù)目標(biāo)服務(wù)器的請(qǐng)求數(shù)量來(lái)決定請(qǐng)求分發(fā)的權(quán)重，也就是目標(biāo)服務(wù)集群中，請(qǐng)求更少的節(jié)點(diǎn)將會(huì)獲得更多的請(qǐng)求。這是負(fù)載均衡中比較好的策略，真正能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)服務(wù)器的請(qǐng)求均衡。

以上就是關(guān)于負(fù)載均衡相關(guān)的內(nèi)容，當(dāng)然，負(fù)載均衡還有很多值得去挖掘的，比如負(fù)載算法如何實(shí)現(xiàn)？網(wǎng)絡(luò)分層模型的原理等。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模型這塊，如果有想深度學(xué)習(xí)的同學(xué)，在下方留言”想看“，我會(huì)在后續(xù)的內(nèi)容中進(jìn)行整理。

好的，本期的視頻就到這里結(jié)束了，喜歡的朋友記得一鍵三連，加個(gè)關(guān)注，我是頭發(fā)很多的程序員Mic，咱們下期再見(jiàn)。