文章转载自微信公众号：「架构师之路」，作者： 58沈剑
什么是负载均衡？
负载均衡（Load Balance）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行，负载均衡的关键在于均匀。
常见的负载均衡方案有哪些？
常见互联网分布式架构如上，分为：
- 客户端层
- 反向代理层
- 站点层
- 服务层
- 数据层
可以看到，每一个下游都有多个上游调用，只需要做到，每一个上游都均匀访问每一个下游，就能实现整体的均匀分摊。
第一层：客户端层到反向代理层
客户端层到反向代理层的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的。
DNS-server 对于一个域名配置了多个解析 ip，每次 DNS 解析请求来访问 DNS-server，会轮询返回这些 ip，保证每个 ip 的解析概率是相同的。这些 ip 就是 nginx 的外网 ip，以做到每台 nginx 的请求分配也是均衡的。
第二层：反向代理层到站点层
反向代理层到站点层的负载均衡，是通过“nginx”实现的。
PS：nginx 是反向代理的泛指。
修改nginx.conf，可以实现多种均衡策略：
(1) 请求轮询：和DNS轮询类似，请求依次路由到各个 web-server；
(2) 最少连接路由：哪个web-server的连接少，路由到哪个 web-server；
(3) ip 哈希：按照访问用户的ip哈希值来路由 web-server，只要用户的 ip 分布是均匀的，请求理论上也是均匀的，ip 哈希均衡方法可以做到，同一个用户的请求固定落到同一台 web-server 上，此策略适合有状态服务，例如 session；
PS：站点层可以存储 session，但强烈不建议这么做，站点层无状态是分布式架构设计的基本原则之一，session最好放到数据层存储。
(4) …
第三层：站点层到服务层
站点层到服务层的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的。
上游连接池会建立与下游服务多个连接，每次请求会“随机”选取连接来访问下游服务。除了负载均衡，服务连接池还能够实现故障转移、超时处理、限流限速、ID串行化等诸多功能。
第四层：访问数据层
在数据量很大的情况下，由于数据层（db/cache）涉及数据的水平切分，所以数据层的负载均衡更为复杂一些，它分为“数据的均衡”，与“请求的均衡”。
数据的均衡是指：水平切分后的每个服务（db/cache），数据量是均匀的。
请求的均衡是指：水平切分后的每个服务（db/cache），请求量是均匀的。
业内常见的水平切分方式有这么几种：
按照range水平切分
每一个数据服务，存储一定范围的数据：
- user0 服务：存储 uid 范围 1-1kw
- user1 服务：存储 uid 范围 1kw-2kw
这个方案的好处是：
- 规则简单，service只需判断一下uid范围就能路由到对应的存储服务
- 数据均衡性较好
- 比较容易扩展，可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务
不足是：
- 请求的负载不一定均衡，一般来说，新注册的用户会比老用户更活跃，大range的服务请求压力会更大
按照 id 哈希水平切分
每一个数据服务，存储某个key值hash后的部分数据：
- user0服务：存储偶数uid数据
- user1服务：存储奇数uid数据
这个方案的好处是：
- 规则简单，service只需对uid进行hash能路由到对应的存储服务
- 数据均衡性较好
- 请求均匀性较好
不足是：
- 不容易扩展，扩展一个数据服务，hash方法改变时候，可能需要进行数据迁移
总结
负载均衡（Load Balance）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行，其的关键在于均匀：
- 反向代理层的负载均衡，是通过“DNS轮询”实现的
- 站点层的负载均衡，是通过“nginx”实现的
- 服务层的负载均衡，是通过“服务连接池”实现的
- 数据层的负载均衡，要考虑“数据的均衡”与“请求的均衡”两个点，常见的方式有“按照范围水平切分”与“hash水平切分”
