一、什么是負載均衡？

早期的互聯網應用，由于用戶流量比較小，業務邏輯也比較簡單，往往一個單服務器就能滿足負載需求。隨著現在互聯網的流量越來越大，稍微好一點的系統，訪問量就非常大了，并且系統功能也越來越復雜，那么單臺服務器就算將性能優化得再好，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」，根據某種轉發的策略，均勻的分發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，從而實現分散負載的效果。負載均衡技術提高了系統的服務能力，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

三種方案各有優劣，DNS負載均衡可以實現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：

1. 基于DNS負載均衡
   

       （網絡圖片）

基于DNS來做負載均衡其實是一種最簡單的實現方案，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務服務器的IP，北方的用戶來訪問的話，我就返回北京業務服務器所在的IP。

在這個模式下，用戶就相當于實現了按照「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，天然的優勢就是配置簡單，實現成本非常低，無需額外的開發和維護工作。
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。

2. 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，它是一個網絡設備，你可以簡單的理解成類似于網絡交換機的東西，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網公司的流量入口最前端，以及政府、國企等不缺錢企業會去使用。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。

3. 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和均衡流量。軟件負載均衡，分為7層協議 和 4層協議。
網絡協議有七層，基于第四層傳輸層來做流量分發的方案稱為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，就是投入一點技術去優化優化即可，因此這種方式是互聯網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：

1. 輪詢策略

輪詢策略其實很好理解，就是當用戶請求來了之后，「負載均衡器」將請求輪流的轉發到后端不同的業務服務器上。這個策略在DNS方案中用的比較多，無需關注后端服務的狀態，只藥有請求，就往后端輪流轉發，非常的簡單、實用。

在實際應用中，輪詢也會有多種方式，有按順序輪詢的、有隨機輪詢的、還有按照權重來輪詢的。前兩種比較好理解，第三種按照權重來輪詢，是指給每臺后端服務設定一個權重值，比如性能高的服務器權重高一些，性能低的服務器給的權重低一些，這樣設置的話，分配流量的時候，給權重高的更多流量，可以充分的發揮出后端機器的性能。

2. 負載度策略

負載度策略是指當「負載均衡器」往后端轉發流量的時候，會先去評估后端每臺服務器的負載壓力情況，對于壓力比較大的后端服務器轉發的請求就少一些，對于壓力比較小的后端服務器可以多轉發一些請求給它。

這種方式就充分的結合了后端服務器的運行狀態，來動態的分配流量了，比輪詢的方式更為科學一些。

但是這種方式也帶來了一些弊端，因為需要動態的評估后端服務器的負載壓力，那這個「負載均衡器」除了轉發請求以外，還要做很多額外的工作，比如采集 連接數、請求數、CPU負載指標、IO負載指標等等，通過對這些指標進行計算和對比，判斷出哪一臺后端服務器的負載壓力較大。

因此這種方式帶來了效果優勢的同時，也增加了「負載均衡器」的實現難度和維護成本。

3. 響應策略

響應策略是指，當用戶請求過來的時候，「負載均衡器」會優先將請求轉發給當前時刻響應最快的后端服務器。
也就是說，不管后端服務器負載高不高，也不管配置如何，只要覺得這個服務器在當前時刻能最快的響應用戶的請求，那么就優先把請求轉發給它，這樣的話，對于用戶而言，體驗也最好。

那「負載均衡器」是怎么知道哪一臺后端服務在當前時刻響應能力最佳呢？
這就需要「負載均衡器」不停的去統計每一臺后端服務器對請求的處理速度了，比如一分鐘統計一次，生成一個后端服務器處理速度的排行榜。然后「負載均衡器」根據這個排行榜去轉發服務。

那么這里的問題就是統計的成本了，不停的做這些統計運算本身也會消耗一些性能，同時也會增加「負載均衡器」的實現難度和維護成本。

4. 哈希策略

Hash策略也比較好理解，就是將請求中的某個信息進行hash計算，然后根據后端服務器臺數取模，得到一個值，算出相同值的請求就被轉發到同一臺后端服務器中。

常見的用法是對用戶的IP或者ID進行這個策略，然后「負載均衡器」就能保證同一個IP來源或者同一個用戶永遠會被送到同一個后端服務器上了，一般用于處理緩存、會話等功能的時候特別好用。