1、為什么要負載均衡？
系統的擴展可分為縱向（垂直）擴展和橫向（水平）擴展。縱向擴展，是從單機的角度通過增加硬件處理能力，比如CPU處理能力，內存容量，磁盤等方面，實現服務器處理能力的提升，不能滿足大型分布式系統（網站），大流量，高并發，海量數據的問題。因此需要采用橫向擴展的方式，通過添加機器來滿足大型網站服務的處理能力。比如：一臺機器不能滿足，則增加兩臺或者多臺機器，共同承擔訪問壓力。這就是典型的集群和負載均衡架構，如下圖：
應用集群：將同一應用部署到多臺機器上，組成處理集群，接收負載均衡設備分發的請求，進行處理，并返回相應數據。
負載均衡設備：將用戶訪問的請求，根據負載均衡算法，分發到集群中的一臺處理服務器（一種把網絡請求分散到一個服務器集群中的可用服務器上去的設備）。
負載均衡的作用（解決的問題）：
1、解決并發壓力，提高吞吐量。
2、提供故障轉移，檢測下游服務器狀態，實現高可用。
3、利于橫向擴展服務器。
4、安全防護，負載均衡設備上做一些過濾，黑白名單等處理。
2、負載均衡種類
2.1 DNS負載均衡
最早的負載均衡技術，利用域名解析實現負載均衡，在DNS服務器，配置多個A記錄，這些A記錄對應的服務器構成集群。大型網站總是部分使用DNS解析，作為第一級負載均衡。如下圖：
優點
1、使用簡單：負載均衡工作，交給DNS服務器處理，省掉了負載均衡服務器維護的麻煩。
2、提高性能：可以支持基于地址的域名解析，解析成距離用戶最近的服務器地址，可以加快訪問速度，改善性能。
缺點
1、可用性差：DNS解析是多級解析，新增/修改DNS后，解析時間較長；解析過程中，用戶訪問網站將失敗。
2、擴展性低：DNS負載均衡的控制權在域名商那里，無法對其做更多的改善和擴展。
3、維護性差：也不能反映服務器的當前運行狀態；支持的算法少；不能區分服務器的差異（不能根據系統與服務的狀態來判斷負載）。
4、更新不及時：DNS緩存可能會保留較長時間。
實踐建議
將DNS作為第一級負載均衡，A記錄對應著內部負載均衡的IP地址，通過內部負載均衡將請求分發到真實的Web服務器上。
2.2 硬件負載均衡
硬件負載均衡通過單獨的硬件設備來實現負載均衡功能，這類設備和路由器、交換機類似。
目前業界典型的硬件負載均衡設備有兩款： F5 和 A10 。性能強勁、功能強大，但價格都很昂貴。
優點
1、功能強大：全面支持各層級的負載均衡，支持全面的負載均衡算法，支持全局負載均衡。
2、性能強大：對比一下，軟件負載均衡支持到 10 萬級并發已經很厲害了，硬件負載均衡可以支持 100 萬以上的并發。
3、穩定性高：商用硬件負載均衡，經過了良好的嚴格測試，經過大規模使用，穩定性高。
4、支持安全防護：硬件均衡設備除具備負載均衡功能外，還具備防火墻、防 DDoS 攻擊等安全功能。
缺點
1、價格昂貴：最普通的一臺 F5十多萬，好一點近百萬元。
2、擴展能力差：硬件設備，可以根據業務進行配置，但無法進行擴展和定制。
實踐建議
可以在DNS作地理級別負載均衡的情況下，在其下級使用F5或A10作為低級的負載均衡器，之后將流量轉發到下級集群，如下圖所示。
2.3 軟件負載均衡
軟件負載均衡，可以在普通的服務器上運行負載均衡軟件，實現負載均衡功能。目前常見的有 Nginx、HAproxy、LVS，其中的區別：
- Nginx：七層（OSI網絡七層模型，第七層應用層）負載均衡，支持 HTTP、E-mail 協議，同時也支持四層負載均衡；
- HAproxy：支持七層規則的，性能也很不錯。OpenStack 默認使用的負載均衡軟件就是 HAproxy；
- LVS：運行在內核態，性能是軟件負載均衡中最高的，嚴格來說工作在第三層網絡層，所以更通用一些，適用各種應用服務。
優點
1、易操作：無論是部署還是維護都相對比較簡單。
2、便宜：只需要服務器的成本，軟件是免費的
3、靈活：4 層和 7 層負載均衡可以根據業務特點進行選擇，方便進行擴展和定制功能。
與硬件負載均衡相比的缺點
1、性能一般，一個 Nginx 大約能支撐 5 萬并發。
2、功能沒有硬件負載均衡那么強大。
3、一般不具備防火墻和防 DDoS 攻擊等安全功能。
3、LVS：專注網絡更底層，性能更卓越
前面介紹了負載均衡的種類后，可以看到重點應該在軟件負載均衡。Nginx大家都應該有所耳聞，工作在應用層，配置方便，所有的流量（相應、請求報文）都會經過代理服務器Nginx，但如果流量較大，勢必為成為系統的瓶頸，而工作在傳輸層和網絡層的LVS負載均衡器具有更強的負載均衡能力。概括的來說，它能在網絡層就實現路由重定向，之后響應報文會直接通過真實服務器發送給原始的客戶端，不走LVS，大大降低了流量；但需要在代理服務器和真實服務器上進行復雜的配置，而且不會有錯誤檢測和重發。
4、DNS+硬件+LVS+Nginx多級負載均衡
前面咱們提到DNS負載均衡的時候就引出了多級負載均衡的概念，LVS像是在硬件負載均衡器和Nginx之間的一種折中的解決方案，由此可以形成一種 DNS —> F5/A10 —> LVS —> Nginx
的負載均衡架構體系了（具體系統具體分析，可以取消任意一層），很像計算機網絡的網絡層+數據鏈路層多級架構的模式。
LVS + 多Nginx 的使用中，既可以避免LVS故障檢測的短板，又能避免Nginx性能瓶頸問題。同時nginx 還可以作為一個中間環節來減小后端 Tomcat 的服務壓力，以及做一些業務切換、分流、前置緩存的功能。
5、負載均衡器高可用集群
單點LVS或Nginx仍然可能存在單點故障（可能概率極小），可以根據業務的關鍵程度，構建負載均衡器集群，LVS自身有雙機熱備機制（主備架構），Nginx需要額外編寫軟件來實現主備或主從架構。
6、到底要不要負載均衡？
前面談論了這么多的負載均衡方案，為什么又回到了第一個問題，做不做負載均衡？或者說，橫向擴展真的有必要么？這確實是一個相對的問題，如果只是常規的中小應用，qps根本達不到單機Nginx的峰值5W (可以參考20W用戶的應用qps只有十幾），即使是大型應用，也得分應用類型，并不是每個應用都要設計成秒殺系統，橫向擴展了之后意味著需要投入成倍的管理成本。總之，可以先優化算法，分析系統瓶頸，重構單機應用代碼，軟件實在無法擴展了之后再考慮擴展硬件，而且現在處于云計算時代，彈性云服務器是很方便進行硬件擴展的，最后的最后，再考慮集群架構。切記，不要一味地為了高吞吐量而采用直接集群、分布式，技術架構要跟著業務能力跑。如果只是個人博客網站，做負載均衡可能只是感動自己。
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