1.什麼是負載均衡

首先我們來看看維基百科對負載均衡的說明：

負載平衡（Load balancing）是一種計算機技術，用來在多個計算機（計算機集群）、網絡連接、CPU、磁盤驅動器或其他資源中分配負載，以達到最優化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應時間、同時避免過載的目的。使用帶有負載平衡的多個服務器組件，取代單一的組件，可以通過冗餘提高可靠性。負載平衡服務通常是由專用軟件和硬件來完成。主要作用是將大量作業合理地分攤到多個操作單元上進行執行，用於解決互聯網架構中的高並發和高可用的問題。

舉個例子來解釋下負載均衡

下圖中，一群人在銀行排隊辦理業務，假設只有一個服務窗口，那麼一個服務窗口來處理所有人員業務辦理，人少的時候，肯定是能夠辦理完的，如果人特別多的時候恩？一個服務窗口肯定是沒有辦法處理完這麼多業務辦理的。於是就出現如下圖這樣，一大堆人排隊。

這時候銀行就會多開幾個窗口來辦理業務，將原本堆積在一個窗口上處理的業務，分配到幾個窗口上，這樣業務辦理就會加快了，但是僅僅是多開幾個窗口是不夠的。

為什麼？因為沒辦法保證讓某個人在某個窗口辦理業務。大家可能還是會亂套（舉個極端例子：假設A窗口的小姐姐特別的漂亮，會不會她那裡會有很多的男客戶排隊辦理業務恩？），因此銀行除了多開幾個窗口以外，還會設置一個排號，你拿到排號在哪個窗口，你就在哪個窗口進行辦理業務。

在我們負載均衡中，客戶端（PC/移動/第三方）發起請求，就好比辦理業務的人員。負載均衡器（load balancer）就好比取號機，當他接收到一個請求的時候，負載均衡器就會給這個請求，分配一個服務來處理請求。就像取號機一樣，負載均衡器按照一定規則分配一個窗口來辦理業務。

因此，在Spring cloud中，如果我們只提供一個服務，那麼很可能會出現我們上面所說的一個窗口處理業務，處理不完的情況，導致大量人員排隊等候。

2.註冊多個服務

在微服務Spring Cloud快速入門中，如果我們的商品服務一個不夠用的話，根據負載均衡的理論，那我們就可以多註冊幾個服務。防止一個服務無法承載高並發時的情況。

啟動註冊中心、商品服務，訂單服務，登錄註冊中心，查看我們當前的服務

此時，我們的商品服務和訂單服務都只是一個服務，那麼如何註冊多個商品服務呢？

2.1向註冊中心註冊多個服務

以同樣的項目代碼，設定端口為8091，其餘配置均和之前的商品服務保持一致，然後啟動商品服務。

server:
  port: 8091 #服務端口
spring: 
  application:  
    name: hutao-microservice-item #指定服務名

eureka:
  client:
    registerWithEureka: true #是否將自己註冊到Eureka服務中，默認為true
    fetchRegistry: true #是否從Eureka中獲取註冊信息，默認為true
    serviceUrl: #Eureka客戶端與Eureka服務端進行交互的地址
      defaultZone: http://127.0.0.1:9090/eureka/
  instance: 
    prefer-ip-address: true #將自己的ip地址註冊到Eureka服務中

點擊如下所示，可以看到我們啟動了1個註冊中心，1個訂單服務，2個商品服務

這時我們可以訪問一下註冊中心，我們可以發現，註冊中心裏面，商品服務有兩個，一個是8081端口，一個是8091端口，並且他們的服務ID都是：HUTAO-MICROSERVICE-ITEM，這個服務ID和我們在配置文件中，配置的服務ID（spring.application.name）是保持一致的。

也就是說，我們通過服務ID：hutao-microservice-item在註冊中心裏面，能夠找到兩個服務

2.2通過服務ID找到服務

在微服務Spring Cloud快速入門中我們定義了如下Feign接口，在這個接口上面，我們添加了一個註解@FeignClient，指定了服務ID：hutao-microservice-item。這個Feign接口會給我發起Http調用。當然在這裡我們可能無法看到負載均衡的效果，因此我們需要稍微深入下底層代碼。

@FeignClient(value = "hutao-microservice-item")
@RequestMapping("/itemservice")
public interface FeignOrderService {
 
 /**
  * @Description:使用聲明式HTTP客戶端發起請求：根據ID查詢訂單 
  * @author hutao
  * @mail hutao_2017@aliyun.com
  * @date 2020年8月30日
  */
 @GetMapping(value = "item/{itemId}")
 Items queryItem(@PathVariable("itemId")String itemId);
}

大家應該還記得，我們的商品服務和訂單服務，註冊到註冊中心的時候，我們在啟動類上面添加了一個註解：@EnableDiscoveryClient。

現在我們來看下DiscoveryClient這個接口

2.2.1.DiscoveryClient 解讀

DiscoveryClient接口源碼如下，他是用來發現服務的，比如發現Netflix服務，其中有個方法List getInstances(String serviceId)是根據服務ID獲取服務實例集合。

/**
 * Represents read operations commonly available to discovery services such as Netflix
 * Eureka or consul.io.
 *
 * @author Spencer Gibb
 * @author Olga Maciaszek-Sharma
 */
public interface DiscoveryClient extends Ordered {

 /**
  * Default order of the discovery client.
  */
 int DEFAULT_ORDER = 0;

 /**
  * A human-readable description of the implementation, used in HealthIndicator.
  * @return The description.
  */
 String description();

 /**
  * Gets all ServiceInstances associated with a particular serviceId.
  * @param serviceId The serviceId to query.
  * @return A List of ServiceInstance.
  */
 List<ServiceInstance> getInstances(String serviceId);

 /**
  * @return All known service IDs.
  */
 List<String> getServices();

 /**
  * Default implementation for getting order of discovery clients.
  * @return order
  */
 @Override
 default int getOrder() {
  return DEFAULT_ORDER;
 }
}

我們可以看到DiscoveryClient 有4個實現，當然這裡我們用的肯定是Eureka。

2.2.2.使用DiscoveryClient獲取服務實例

現在我們來使用下DiscoveryClient 這個接口

首先把這個接口依賴注入到我們的Controller中，我們看下能獲取到什麼

@Autowired
private DiscoveryClient discoveryClient;

@GetMapping(value = "order/{orderId}")
public Order queryOrderById(@PathVariable("orderId") String orderId) {
 String serviceId = "hutao-microservice-item";
 List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances(serviceId);
 System.out.println(instances);
 return null;
}

通過調試代碼，我們發現如我們之前所說，我們可以通過服務ID:hutao-microservice-item，找到兩個服務實例。

查看每個實例，我們發現我們能夠看到每個服務的地址，端口等信息

如果不使用Feign這種聲明式的調用Http請求，那我們來如何調用？

2.2.3.從服務實例中獲取服務信息，發起Http請求

那麼這個時候，我們怎麼去發起請求恩？很簡單，就是從服務實例中，獲取到服務信息後，將接口的請求地址拼接出來。然後使用restTemplate發起Http請求

@Autowired
private RestTemplate restTemplate;

@GetMapping(value = "order/{orderId}")
public Order queryOrderById(@PathVariable("orderId") String orderId) {
 String serviceId = "hutao-microservice-item";
 List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances(serviceId);
 ServiceInstance serviceInstance = instances.get(0);
 String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
 Items items = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/itemservice/item/1" , Items.class);
 System.out.println(items);
 return null;
}

可以看到我們的請求是能正常訪問的。當然也有問題存在，那就是我們拿到的是多個服務，程序怎麼知道我要調用的是哪一個服務呢？

2.2.4.多個服務實例，如何負載均衡

上述案例中，我們獲取到的實例是兩個，那麼每次調用的時候，我們怎麼來確定，我要調用的是哪一個服務？，因為這時候我們拿到的兩個服務，也就是兩個不同的IP地址，這時候就需要一個負載均衡器來幫我們選擇一個IP進行訪問。

在Spring Cloud中，netfix提供一個負載均衡器Ribbon，該負載均衡器是聲明式的，其用法如下所示，在我們注入到Spring容器中的RestTemplate添加註解@LoadBalanced，這時候我們的RestTemplate就具備了負載均衡的功能。

注意：RestTemplate底層默認使用的jdk的標準實現，如果我們想讓RestTemplate的底層使用okhttp，可以替換實現的。如下源碼所示，RestTemplate提供了三個構造方法。

我們可以使用上述的第二個構造方法，使用Okhttp。

@SpringBootConfiguration
public class RestTemplateConfig {
    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}

在上面的一個案例中，我們通過從服務實例中，獲取到服務，然後再從服務中心獲取具體的IP地址信息，發起請求。

String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
Items items = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/itemservice/item/1" ,

但是，現在我們不需要這麼做了，因為我們對restTemplate聲明了是需要負載均衡的，因此我們發起請求的時候，就不需要指定IP地址了，我們可以用服務ID來代替IP地址，然後由restTemplate來幫我選擇需要調用的IP。因此上述代碼會被簡化為如下所示，被注釋掉的代碼就是被優化的代碼。

@GetMapping(value = "order/{orderId}")
 public Order queryOrderById(@PathVariable("orderId") String orderId) {
  String serviceId = "hutao-microservice-item";
  //List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances(serviceId);
  //ServiceInstance serviceInstance = instances.get(0);
  //String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
  //Items items = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/itemservice/item/1" , Items.class);
  Items items = restTemplate.getForObject("http://" + serviceId + "/itemservice/item/1" , Items.class);
  System.out.println(items);
  return null;
 }

重啟服務後，商品服務仍然可用，那麼這時候怎麼來驗證我們的負載均衡成功了？

2.2.5.簡單驗證負載均衡

其實最簡單的驗證方式就是，在商品服務中，添加日誌，看看哪個服務記錄了日誌或者debug調試，看走哪一個服務的代碼。即可驗證我們的負載均衡是否成功。

當然這裡我們就不做上述方式的演示，來做一點高難度的代碼分析。

3.分析@LoadBalanced實現負載均衡源碼解析

3.1.RestTemplate源碼解析

1、首先看org.springframework.web.client.RestTemplate類。

當我們執行如下代碼時

restTemplate.getForObject("http://" + serviceId + "/itemservice/item/1" , Items.class);

最終會執行到如下方法

doExecute(URI, HttpMethod, RequestCallback, ResponseExtractor<T>)

如上代碼根據我們的提供的信息，創建了ClientHttpRequest請求，我們發現doExecute有如下幾個實現，這裡由於我們使用的是默認的RestTemplate，因此我們查看org.springframework.http.client.AbstractClientHttpRequest這個類的org.springframework.http.client.AbstractClientHttpRequest.execute()方法。

3.2.LoadBalancerInterceptor源碼解析

逐步深入代碼，我們找到了如下的攔截器。LoadBalancerInterceptororg.springframework.cloud.client.loadbalancer.LoadBalancerInterceptor

3.3.RibbonLoadBalancerClient源碼解析

繼續深入代碼，我們找到了RibbonLoadBalancerClient這個類org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonLoadBalancerClient通過查看代碼，我們發現了getLoadBalancer(String)這個方法通過serviceId找到了兩個服務實例，

接着執行完畢getServer這個方法後，我們發現，只有一個服務實例了為8090。第二次調試代碼後發現獲取的是8091.多次調試後發現是8090和8091是輪詢出現的，

也就是說getServer這個方法給我們實現了負載均衡。看源代碼知道，如果未設置負載均衡參數，就使用default。否則就根據配置的參數選擇服務。

protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer, Object hint) {
 if (loadBalancer == null) {
  return null;
 }
 // Use 'default' on a null hint, or just pass it on?
 return loadBalancer.chooseServer(hint != null ? hint : "default");
}

具體的實現的負載均衡算法，本文不做討論。

4.負載均衡代碼驗證演示

通過上述源碼分析，我們發現如果我們開啟了負載均衡，但是沒有配置負載均衡參數，則會採用默認的配置，也就是輪詢算法來實現負載均衡。

通過上述的debug閱讀，我們參照getServer這個方法來寫代碼測試下負載均衡

@Autowired
private LoadBalancerClient loadBalancerClient;

@GetMapping(value = "order/{orderId}")
public Order queryOrderById(@PathVariable("orderId") String orderId) {
 String serviceId = "hutao-microservice-item";
 for(int i = 0 ; i < 10 ; i++) {
  ServiceInstance choose = loadBalancerClient.choose(serviceId);
  System.out.println(choose);
 }
 //List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances(serviceId);
 //ServiceInstance serviceInstance = instances.get(0);
 //String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
 //Items items = restTemplate.getForObject("http://" + serviceId + "/itemservice/item/1" , Items.class);
 //System.out.println(items);
 return null;
}

5.負載均衡配置

在我們之前調試代碼的時候我們發現源碼中定義了IRule.choose(Object objet)這個接口，並且如下幾個實現。

各個實現如下所示。

如果我們不想要默認的輪詢機制，我們可以採用如上實現中的任何一種

比如，我們設置為隨機策略。

hutao-microservice-item是我們需要對某個服務設定
NFLoadBalancerRuleClassName是我們的策略（也就是實現類的路徑）

hutao-microservice-item: 
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule

重啟服務後，再看我們的負載均衡，是隨機的，而不是輪詢的。

6.總結

註冊多個服務：將項目部署在不同的服務器，或者同一個服務器不同端口號，然後註冊到註冊中心的服務ID(serviceId)保持一致即可；
負載均衡實現：通過對RestTemplate添加註解@LoadBalanced，使用代理模式，攔截RestTemplate請求時，訪問指定的負載服務，從而實現負載均衡。
DiscoveryClient接口他是用來發現服務的，比如發現Netflix服務，其中有個方法List getInstances(String serviceId)是根據服務ID獲取服務實例集合。
LoadBalancerInterceptor進行請求攔截處理
RibbonLoadBalancerClient首先通過getLoadBalancer根據服務ID獲取到負載，然後getServer會從多個負載中獲取到適合的服務。其實現chooseServer如果沒有設置負載均衡規則，則使用默認的輪詢算法。
IRule接口定義了choose方法。

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