负载均衡的概念、分类、算法、健康检查机制及高可用解决方案
负载均衡的概念、分类、算法、健康检查机制及高可用解决方案
一、负载均衡的基本概念与作用
张张的网站因访问量激增（从几人到1万用户）导致服务器崩溃，通过负载均衡解决。
负载均衡像交通指挥中心，通过反向代理服务器提供唯一访问入口，统一接收用户请求后按规则分配给后端多台服务器，可提高网站并发量，还能实时监测后端服务器健康状态，发现服务器故障时自动切换，保证用户访问不受影响，同时可承担SSL卸载等额外职责，减轻后端服务器负担。
作用
- 统一入口:
- 对外提供唯一的访问入口，用户只需访问同一个城名，无需关心后端服务器数量
- 流量分发:
- 根据规则将请求分配给后端多台服务器，分摊压力，提高并发处理能力。
- 健康监测:
- 实时监测后端服务器健康状态，自动剔除故障服务器，保证服务可用性。
- SSL卸载:
- 统一处理 HTTPS加密解密，减轻后端服务器负担。
二、负载均衡的实现工具
反向代理服务器nginx (是7层的负载均衡)
常用的如nginx等高性能网关软件支持负载均衡功能，以nginx为例，只需简单配置，将多台服务器组成集群，nginx就能自动分配收到的请求。
三、负载均衡的分类
7层网络层次：
根据网络层次可分为多种类型。
- 七层负载均衡（应用层），如nginx，能根据HTTP请求内容（如URL路径、cookie等）转发，灵活且成本低，适合中小型网站，但单机并发支撑能力有限（几万到十几万）；
- 四层负载均衡（传输层），依据IP地址和端口号转发，不关心HTTP请求内容，性能高（支撑几十万到上百万并发），
- 常用实现方案是LVS(Linux Virtual Server Linux 虚拟服务器)，它通过修改网络数据包的地址信息，把请求转发到不同的服务器，速度极快，适用于大型网站；
- DNS负载均衡(在DNS层面分配)
- DNS负载均衡严格来说属于7层应用层，传统负载均衡是用户请求，已经到达服务器之后再分配，DNS 是在用户浏览器查询域名IP时，DNS服务器按策略返回不同IP实现流量分配，
- 优点：实现简单、成本低，适合全球流量分配，
- 缺点：不够灵活且DNS有缓存，配置修改不能立即生效。
- 硬件负载均衡
- 二层、三层负载均衡及专业硬件设备（如F5负载均衡），但硬件设备价格高，多用于金融、电信等大型企业；
四、负载均衡算法
- 静态算法(静态算法按固定规则分配，包括)
- 轮询算法(Round Robin)（像发扑克牌一样轮着分配请求）、
- 加权轮询算法(Weighted Round Robin)（给性能高的服务器设更高权重，让其处理更多请求）、
- IP哈希算法（根据用户IP计算哈希值分配服务器，保证同一用户请求到同一服务器，避免登录态丢失，但可能因多用户来自同一局域网导致流量不均，目前主流用Redis做共享session解决登录态问题）；
- 动态算法(动态算法根据服务器实时状态分配，更灵活，包括)
- 最少连接算法（将请求分给当前连接数最少、最空闲的服务器）、
- 最快响应算法（将请求分给响应速度最快的服务器），实际工作中多数场景用轮询或加权轮询算法即可。
五、负载均衡的健康检查机制
负载均衡器定期向后端服务器发送心跳请求，检查服务器是否正常响应，若连续多次失败，就将该服务器从服务器列表剔除，待其恢复后再自动添加回来。
六、负载均衡的高可用解决方案
为避免负载均衡器自身故障影响服务，可部署多个负载均衡器，采用主从模式。
主负载均衡器正常工作，从负载均衡器随时待命，二者互相发送心跳包并共享一个虚拟IP地址，当从节点发现主节点无响应时，接管虚拟IP，用户访问同一IP地址无感知。