一個大型網絡平臺能輕松面對數百萬請求而不產生崩潰,負載均衡器(Load Balancer)是絕對的關鍵組件。
負載均衡器會在多個服務器之間分配工作流,也就是將用戶請求轉發到不同的機器上,可以確保服務的高可用性、響應速度和可擴展性。那么問題來了,負載均衡器的背后會有很多服務器,那么這些服務器之間要如何分配請求呢?顯然這就涉及到了負載均衡算法,而了解核心的負載均衡算法可以讓我們更好地設計和優化應用程序,以及故障排除。
負載均衡算法分為兩大類:靜態和動態。
下面我們就來介紹這每一種算法的區別,并深入討論它的工作原理和優缺點。
靜態負載均衡算法只負責將請求轉發到服務器,而不會考慮服務器的實時條件和性能指標,所以它的優勢是簡單,缺點是適應性和精確性較差。而 Round Robin 在概念上是最簡單的靜態負載均衡算法,它會將請求均勻地轉發給每一個服務器。
每來一個請求,就按照順序轉發給每一個服務器,比如請求 1 轉發給 A,請求 2 轉發給 B,請求 3 轉發給 C。然后請求 4 再轉發給 A,不斷循環往復,就是將請求均勻分配到每個服務器上。當然我們這里只用三臺服務器舉例,更多的服務器也是同樣的轉發方式。
Round Robin 這種算法易于實現和理解,如果你的服務器配置都是一樣的,那么 Round Robin 也是一個不錯的負載均衡算法,雖然它比較簡單。但現實情況是,不同服務器的處理能力可能不一致,那么此時 Round Robin 算法就會有幾率導致處理能力較弱的服務器出現過載,因此你需要對服務器的資源進行監控。
因為同一個用戶的請求會轉發到相同的服務器,那么就可以將相關數據提前保存起來,從而提升性能。但由于新來的用戶是隨機分配的,會容易出現負載不均衡的情況。
服務器 A、B、C 的權重比值為 3: 1: 1,所以假設有 5 個請求,服務器 A 要處理 3 個,服務器 B、C 分別處理 1 個。加權輪詢法允許我們考慮服務器的異構能力,但缺點是必須手動配置權重,這在動態變化的場景中不夠靈活。
如果哈希函數選擇得當,那么請求可以被均勻分發,然而選擇一個好的哈希函數是具有挑戰性的。
Least Connections 算法會將每個新的請求轉發到當前活躍連接數最少的服務器,顯然這就需要負載均衡器實時跟蹤每個后端服務器上的活躍連接數。
如果再來一個新請求,它會被轉發給服務器 A。因此最小連接算法可以靈活地對請求進行分配,以確保每臺機器都能最大程度的處理請求,不會出現資源閑置。但如果連接不均勻地堆積,負載可能不經意地集中在某些服務器上。
這種方法具有高度自適應性和反應迅速的特點,但它需要持續地監測后端服務器的延遲,這會帶來顯著的開銷并增加復雜性。并且它也沒有考慮每個服務器已經有多少個正在處理的請求,它只是將請求轉發給延遲最低的服務器。
以上就是常見的 6 種負載均衡算法,總的來說,簡單的靜態算法和更自適應的動態算法之間存在明顯的權衡,我們需要考慮特定的性能目標、能力和約束來選擇負載均衡策略。
像輪詢這樣的靜態算法很適合無狀態的應用程序,而動態算法則有助于優化大型復雜應用的響應時間和可用性,至于具體選擇哪種算法則取決于當前的業務。
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