什麼是Load Balancer？

負載均衡器（Load Balancer），簡稱LB，是一個能夠在多個計算機之間分配負載的硬件、軟件設備，用於提高計算機、網絡、存儲等方面的能力和可靠性。

一、Load Balancer的作用

Load Balancer的作用在於將來自客戶端的請求分發到服務器集群中的多個服務器上，以達到負載均衡的目的。

在實際應用中，服務器集群通常由很多個物理服務器或虛擬服務器構成，而隨着服務器數量的增多，如何把客戶端請求合理地分配到多台服務器上，提高整個服務器集群的性能和可靠性，就成了一個值得探討和解決的問題。

負載均衡器就是為了解決這個問題而設計的一種軟硬件結合的設備，負載均衡器通常是放在服務器群的前端，通過運用各種分配算法，將請求分配到多台服務器上，達到負載均衡的目的。

二、Load Balancer的分類

現在Load Balancer主要分為兩類：

硬件負載均衡器

硬件負載均衡器是通過硬件設備來分配負載的，通常由芯片、物理硬件、軟件和操作系統組成，支持使用硬件加速卡等硬件擴展功能，性能更好，價錢也更貴。

軟件負載均衡器

軟件負載均衡器是通過網絡協議來分配負載的軟件，運行在普通的計算機服務器上，通常採用多核心、多線程的技術來提高性能。相對於硬件負載均衡器，軟件負載均衡器的性價比更高，適用於虛擬化環境和雲計算。

三、Load Balancer的負載均衡算法

Load Balancer通過使用各種負載均衡策略算法，將客戶端請求分配到多台服務器上。

輪詢算法（Round Robin)

輪詢算法是指在服務器集群中，按當先請求的順序循環將所接受的請求分配到不同的服務器上，每個服務器輪流接受請求，直到所有請求被處理完畢。

const serverList=["192.168.0.1","192.168.0.2","192.168.0.3","192.168.0.4"];
let currentIndex=-1;
const roundRobin=function(){
    if(currentIndex>=serverList.length-1){
        currentIndex=0;
    }else{
        currentIndex++;
    }
    return serverList[currentIndex];
}

加權輪詢算法（Weighted Round Robin）

加權輪詢算法是指將每台服務器分配一個權重值，權重值越高的服務器，處理的請求越多，權重值可根據服務器性能、配置和運行狀態設置。加權輪詢算法適合服務器性能差異較大的情況。

const serverList=[
    {ip:"192.168.0.1",weight:1},
    {ip:"192.168.0.2",weight:3},
    {ip:"192.168.0.3",weight:2},
    {ip:"192.168.0.4",weight:4}
];
let currentIndex=-1;
const weightedRoundRobin=function(){
    let totalWeight=0;
    for(let server of serverList){
        totalWeight+=server.weight;
    }
    let randomNumber=Math.random()*totalWeight;
    let currentIndex=-1;
    for(let i=0;i<serverList.length;i++){
        if(randomNumber<serverList[i].weight){
            currentIndex=i;
            break;
        }else{
            randomNumber-=serverList[i].weight;
        }
    }
    return serverList[currentIndex].ip;
}

最小連接數算法（Least Connections）

最小連接數算法是指將請求分發到當前連接數最少的服務器上，避免某些服務器當前連接數已滿而導致的拒絕服務情況。

const serverList=["192.168.0.1","192.168.0.2","192.168.0.3","192.168.0.4"];
const connectionsCount=[0,0,0,0];
const leastConnections=function(){
    let currentIndex=-1,minConnection=Number.MAX_VALUE;
    for(let i=0;i<serverList.length;i++){
        if(connectionsCount[i]<minConnection){
            currentIndex=i;
            minConnection=connectionsCount[i];
        }
    }
    connectionsCount[currentIndex]++;
    return serverList[currentIndex];
}

IP Hash算法

IP Hash算法是指將相同IP的請求轉發到相同的服務器上，利用客戶端IP地址來進行負載均衡。

const serverList=["192.168.0.1","192.168.0.2","192.168.0.3","192.168.0.4"];
const ipHash=function(ipAddress){
    let hashCode=ipAddress.hashCode();
    let index=hashCode%serverList.length;
    return serverList[index];
}

四、Load Balancer的應用場景

Load Balancer在實際應用中，操作系統、網絡、存儲和應用層都會使用到負載均衡器，常見的應用場景有：

1、Web服務器

對於Web服務器，負載均衡器是將訪問請求均勻地分配到服務器集群的每個Web服務器上，避免單一Web服務器無法承受過多的訪問壓力，導致訪問響應時間變慢或Web服務器宕機的情況。

2、應用服務器

對於應用服務器，負載均衡器是將應用服務器（如Tomcat、Jboss等）的請求均勻地分配到多個應用服務器上，以提高應用服務器在高並發時的性能。

3、存儲系統

對於存儲系統，負載均衡器主要負責將請求均勻地分配到存儲系統中的多個存儲設備上，使得存儲系統的讀寫負載得到均衡。

五、小結

本文介紹了Load Balancer的基本概念、分類、負載均衡算法以及應用場景，Load Balancer在企業級應用和互聯網應用中都有廣泛的應用，是提高系統性能和可靠性的關鍵技術。