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體、軟體設備，用於提高計算機、網路、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伺服器集群中的多個伺服器上，以達到負載均衡的目的。

在實際應用中，伺服器集群通常由很多個物理伺服器或虛擬伺服器構成，而隨著伺服器數量的增多，如何把客戶端請求合理地分配到多台伺服器上，提高整個伺服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體結合的設備，負載均衡器通常是放在伺服器群的前端，通過運用各種分配演算法，將請求分配到多台伺服器上，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：

硬體負載均衡器

硬體負載均衡器是通過硬體設備來分配負載的，通常由晶元、物理硬體、軟體和操作系統組成，支持使用硬體加速卡等硬體擴展功能，性能更好，價錢也更貴。

軟體負載均衡器

軟體負載均衡器是通過網路協議來分配負載的軟體，運行在普通的計算機伺服器上，通常採用多核心、多線程的技術來提高性能。相對於硬體負載均衡器，軟體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的負載均衡演算法

Load Balancer通過使用各種負載均衡策略演算法，將客戶端請求分配到多台伺服器上。

輪詢演算法（Round Robin)

輪詢演算法是指在伺服器集群中，按當先請求的順序循環將所接受的請求分配到不同的伺服器上，每個伺服器輪流接受請求，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];
}

加權輪詢演算法（Weighted Round Robin）

加權輪詢演算法是指將每台伺服器分配一個權重值，權重值越高的伺服器，處理的請求越多，權重值可根據伺服器性能、配置和運行狀態設置。加權輪詢演算法適合伺服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;
}

最小連接數演算法（Least Connections）

最小連接數演算法是指將請求分發到當前連接數最少的伺服器上，避免某些伺服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演算法

IP Hash演算法是指將相同IP的請求轉發到相同的伺服器上，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、網路、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伺服器

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

2、應用伺服器

對於應用伺服器，負載均衡器是將應用伺服器（如Tomcat、Jboss等）的請求均勻地分配到多個應用伺服器上，以提高應用伺服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、負載均衡演算法以及應用場景，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。