负载均衡算法

简介: 本文介绍多种负载均衡算法:随机、轮询、最小活跃数、源地址哈希及一致性哈希,涵盖适用场景与实现原理,结合代码与图示解析其调度机制,适用于分布式系统流量管理。

随机

调用关系如上图(简化了公网->防火墙处理),适合场景:所有服务器性能基本一致,且无超阈值流量。

private K doSelect(List<K> nodes, String ip) {
    // 在列表中随机选取一个节点
    int index = random.nextInt(nodes.size());
    return nodes.get(index);
}

如果存在部分机器性能更优,此时可以在随机基础上增加权重,升级为:随机权重算法。

private K doSelect(List<K> nodes, String ip) {
    int length = nodes.size();
    AtomicInteger totalWeight = new AtomicInteger(0);
    for (K node : nodes) {
        Integer weight = node.getWeight();
        totalWeight.getAndAdd(weight);
    }
    if (totalWeight.get() > 0) {
        int offset = random.nextInt(totalWeight.get());
        for (N node : nodes) {
            // 让随机值 offset 减去当前node权重值
            offset -= node.getWeight();
            if (offset < 0) {
                // 当前node大于随机值offset,返回此Node
                return node;
            }
        }
    }
    // 随机返回
    return nodes.get(random.nextInt(length));
}

轮询

轮询不再是在多台服务器随机挑选,而是按照顺序一个个排队调用,调用完再插入队尾等待下一次调用

protected K doSelect(List<K> nodes, String ip) {
    int length = nodes.size();
    // 如果位置值已经等于长度重置为0(走一轮了)
    position.compareAndSet(length, 0);
    N node = nodes.get(position.get());
    // 数据原子增加,对应调用从1->2->3->4
    position.getAndIncrement();
    return node;
}

同加权随机,轮询也同样存在加权轮询的场景,此时流量调度将发生如下变化:

此处逻辑相对复杂,笔者在此说出主要思路,后续有时间补充伪代码,感兴趣的可以参照Dubbo的实现

如上有服务器servers=[A,B],对应权重weights=[3,1],总权重为4。我们可以理解为有4台服务器,3台A,1台B,一次调用过来的时候,需要按顺序访问。如有5次调用,调用顺序为AAABA。

选举思路如下:

次数

WeightedRoundRobin

选择结果

选择后的WeightedRoundRobin

1

3、1

A

2、1

2

2、1

A

1、1

3

1、1

A

0、1

4

0、1

B

0、0(等于0-0时复原成:3、1)

5

3、1

A

2、1

最小活跃数

指:将当前请求转发到连接数/请求数最少的机器上,其特点是根据服务器实时运行状态动态分配,保障服务负载不会过饱和。如下图当请求4过来时,Nginx判断目前服务器1连接数>服务器2,故4会请求到服务器2上:

源地址哈希

根据请求源IP哈希计算得到一个数值,用该数值在候选服务器列表的进行取模运算,得到的结果便是选中的服务器,此操作可以保证固定IP的请求总是到某一台服务器上,伪代码如下:

private K doSelect(List<K> nodes, String ip) {
    int length = nodes.size();
    int index = hash(ip) % length;
    return nodes.get(index);
}

一致性哈希

相同的请求尽可能落到同一个服务器上。一致性哈希解决稳定性问题,可以将所有的存储节点排列在首尾相接的 Hash 环上,每个 key 在计算 Hash 后会 顺时针找到临接的存储节点存放。而当有节点加入或退出时,仅影响该节点在 Hash环上顺时针相邻的后续节点。

相关实践学习
每个IT人都想学的“Web应用上云经典架构”实战
本实验从Web应用上云这个最基本的、最普遍的需求出发,帮助IT从业者们通过“阿里云Web应用上云解决方案”,了解一个企业级Web应用上云的常见架构,了解如何构建一个高可用、可扩展的企业级应用架构。
相关文章
|
数据采集 安全 API
安全工具的无限联动——真香系列来啦~
安全工具的无限联动——真香系列来啦~
1269 0
|
4月前
|
负载均衡 Java 数据安全/隐私保护
Gateway服务网关
网关是微服务架构的统一入口,核心功能包括请求路由、权限控制、限流及负载均衡。通过Spring Cloud Gateway可实现高效路由转发与过滤器处理,支持跨域配置,提升系统安全与性能。
Gateway服务网关
|
3月前
|
搜索推荐 关系型数据库 大数据
PL/pgSQL 入门教程(四):使用游标(cursor)
游标是PostgreSQL中“按需取数”的数据指针,避免大查询内存溢出;支持逐行处理、动态查询、精准更新/删除及函数返回大结果集。分未绑定(灵活)与绑定(固定)两类,核心操作为声明→打开→FETCH/MOVE/UPDATE→关闭,FOR循环可自动简化遍历。
|
4月前
|
消息中间件 Java Nacos
SpringCloud概述
Spring Cloud是微服务的统一解决方案,具备注解驱动、开箱即用、组件丰富等特点,通过版本命名规范整合多子项目。Spring Cloud Alibaba融合Nacos、Sentinel、Seata等阿里开源组件,成为主流技术栈选择。
|
11月前
|
存储 数据管理 数据格式
数据治理 vs. 数据管理:别再傻傻分不清!
数据治理 vs. 数据管理:别再傻傻分不清!
535 10
|
Shell 开发工具 git
上传文件到gitee(小白都能学会)
上传文件到gitee(小白都能学会)
5723 13
|
算法
基于GA遗传优化的PID控制器最优控制参数整定matlab仿真
通过遗传算法优化PID控制器的参数,可以有效提高控制系统的性能。本文详细介绍了GA优化PID参数的原理、适应度函数的设计以及MATLAB实现步骤,并通过仿真验证了优化效果。希望本文能为读者在实际应用中提供参考和帮助。
805 18
|
安全 C++
【c++】继承(继承的定义格式、赋值兼容转换、多继承、派生类默认成员函数规则、继承与友元、继承与静态成员)
本文深入探讨了C++中的继承机制,作为面向对象编程(OOP)的核心特性之一。继承通过允许派生类扩展基类的属性和方法,极大促进了代码复用,增强了代码的可维护性和可扩展性。文章详细介绍了继承的基本概念、定义格式、继承方式(public、protected、private)、赋值兼容转换、作用域问题、默认成员函数规则、继承与友元、静态成员、多继承及菱形继承问题,并对比了继承与组合的优缺点。最后总结指出,虽然继承提高了代码灵活性和复用率,但也带来了耦合度高的问题,建议在“has-a”和“is-a”关系同时存在时优先使用组合。
811 6
|
敏捷开发 开发框架 小程序
微信纯血鸿蒙版正式发布,295天走完微信14年技术之路!
不管外界如何评价和鞭策,这款产品本身,依然需要研发团队一个键一个键敲出来,从内核,到架构,到内测,到公测,再到一轮一轮的 debug,他们要在不到一年的时间里,走完微信14 年的路。 回顾鹅厂所做过的产品里,也许从未有过一款,被如此放在放大镜下凝视。每一次上架,每一个 bug,乃至于每一个里程碑,几乎都预定当天热搜。
778 6
微信纯血鸿蒙版正式发布,295天走完微信14年技术之路!
|
存储 消息中间件 设计模式
缓存数据一致性策略如何分类?
数据库与缓存数据一致性问题的解决方案主要分为强一致性和最终一致性。强一致性通过分布式锁或分布式事务确保每次写入后数据立即一致,适合高要求场景,但性能开销大。最终一致性允许短暂延迟,常用方案包括Cache-Aside(先更新DB再删缓存)、Read/Write-Through(读写穿透)和Write-Behind(异步写入)。延时双删策略通过两次删除缓存确保数据最终一致,适用于复杂业务场景。选择方案需根据系统复杂度和一致性要求权衡。
537 0