負載均衡是指，將請求/數(shù)據(jù)分攤到多個操作單元上執(zhí)行，關鍵在于均衡。

然而，后端的服務器有可能硬件條件不同：

• 如果對標低配的服務器“均勻”分攤負載，高配的服務器利用率會不足
• 如果對標高配的服務器“均勻”分攤負載，低配的服務器會扛不住

能否根據(jù)異構服務器的處理能力來動態(tài)、自適應進行負載均衡，以及過載保護呢?

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負載均衡通常是怎么做的?

service層的負載均衡，一般是通過service連接池來實現(xiàn)的，調用方連接池會建立與下游服務多個連接，每次請求“隨機”獲取連接，來保證訪問的均衡性。

負載均衡、故障轉移、超時處理等細節(jié)也都是通過調用方連接池來實現(xiàn)的。

調用方連接池能否，根據(jù)service的處理能力，動態(tài)+自適應的進行負載調度呢?

(1) 方案一：可以通過“靜態(tài)權重”標識service的處理能力。

最容易想到的方法，可以為每個下游service設置一個“權重”，代表service的處理能力，來調整訪問到每個service的概率，如上圖所示：

• 假設ip1，ip2，ip3的處理能力相同，可以設置weight1=1，weight2=1，weight3=1，這樣三個service連接被獲取到的概率分別就是1/3，1/3，1/3，能夠保證均衡訪問;
• 假設ip1的處理能力是ip2，ip3的處理能力的2倍，可以設置weight1=2，weight2=1，weight3=1，這樣三個service連接被獲取到的概率分別就是2/4，1/4，1/4，能夠保證處理能力強的service分到等比的流量，不至于資源浪費;

Nginx就具備類似的能力。

• 方案優(yōu)點：簡單粗暴，能夠快速的實現(xiàn)異構服務器的負載均衡。
• 方案缺點：權重是固定的，無法自適應動態(tài)調整，而很多時候，服務器的處理能力是很難用一個固定的數(shù)值量化。

(2) 方案二：通過“動態(tài)權重”標識service的處理能力。

如何來標識一個service的處理能力呢?

服務能不能處理得過來，該由調用方說了算：

• 調用服務，快速處理，處理能力跟得上
• 調用服務，處理超時，處理能力很有可能跟不上了

如何來設計動態(tài)權重?

可以這么玩：

• 用一個動態(tài)權重，來標識每個service的處理能力，默認初始處理能力相同，即分配給每個service的概率相等;
• 每當service成功處理一個請求，認為service處理能力足夠，權重動態(tài)+1;
• 每當service超時處理一個請求，認為service處理能力可能要跟不上了，權重動態(tài)-10;

畫外音：

權重下降，會比權重上升更快。

為了方便權重的處理，可以把權重的范圍限定為[0, 100]，把權重的初始值設為60分。

舉例說明：

假設service-ip1，service-ip2，service-ip3的動態(tài)權重初始值：

• weight1=60
• weight2=60
• weight3=60

剛開始時，請求分配給這3臺service的概率分別是60/180，60/180，60/180，即負載是均衡的。

隨著時間的推移：

• 處理能力強的service成功處理的請求越來越多
• 處理能力弱的service偶爾有超時

隨著動態(tài)權重的增減，權重會發(fā)生變化：

• weight1=100
• weight2=60
• weight3=40

那么此時，請求分配給這3臺service的概率分別是100/200，60/200，40/200，即處理能力強的service會被分配到更多的流量。

那什么是過載保護?

如上圖所示，如果沒有過載保護：

• 隨著外部負載的不斷升高，系統(tǒng)實際處理負載會增加
• 外部負載升高到一個臨界值，系統(tǒng)會被壓垮，實際處理能力會降為0

畫外音：這就是所謂的“掉底”。

過載保護，是指當外部負載超過系統(tǒng)處理能力時，系統(tǒng)會進行自我保護，依然能對外提供有損的穩(wěn)定服務。

如上圖所示，如果進行了過載保護：

• 隨著外部負載的不斷升高，系統(tǒng)實際處理負載會增加
• 外部負載即使超過一個臨界值，系統(tǒng)不會被壓垮，而能保持一定的處理能力

畫外音：外部負載***大，系統(tǒng)也不會“掉底”。

那如何進行過載保護?

(1) 方案一：可以通過“靜態(tài)權重”標識service的處理能力。

這是最簡易的方式，服務端設定一個負載閾值，超過這個閾值的請求壓過來，全部拋棄。

畫外音：這個方式不是特別優(yōu)雅。

(2) 方案二：借助“動態(tài)權重”來實施過載保護。

如同異構服務器負載均衡，仍然通過：

• 成功處理加分(+1)
• 處理超時扣分(-10)

這種動態(tài)權重，來標識后端的處理能力。

畫外音：仍然是在連接池層面實現(xiàn)的。

當一個服務端屢次處理超時，權重不斷降低時，連接池只要實施一些策略，就能夠對“疑似過載”的服務器進行降壓，而不用服務器“拋棄請求”這么粗暴的實施過載保護。

應該實施什么樣的策略，來對“疑似過載”的服務器進行降壓保護呢?

可以這么玩：

(1) 如果某一個服務器，連續(xù)3個請求都超時，即連續(xù)-10分三次，就可以認為，服務器處理不過來了，得給這個服務器喘一小口氣，于是設定策略：接下來的若干時間內，例如1秒，負載不再分配給這個服務器;

畫外音：休息1秒后，再分給它。

(2) 如果某一個service的動態(tài)權重，降為了0(休息了3次還超時)，就可以認為，服務器完全處理不過來了，得給這個服務器喘一大口氣，于是設定策略：接下來的若干時間內，例如1分鐘，請求不再分配給這個服務器;

畫外音：根據(jù)經(jīng)驗，此時服務器一般在fullGC，差不多1分鐘能回過神來。

這樣的話，不但能借助“動態(tài)權重”來實施動態(tài)自適應的異構服務器負載均衡，還能在客戶端層面更優(yōu)雅的實施過載保護，在某個下游服務器快要響應不過來的時候，給其喘息的機會。

過載保護要注意什么問題?

要防止過載保護引起服務器的雪崩，如果“整體負載”已經(jīng)超過了“服務器集群”的處理能力，怎么轉移請求也是處理不過來的。這時，還是得通過拋棄請求來實施自我保護。

總結

• 負載均衡、故障轉移、超時處理通常是連接池層面來實施的
• 異構服務器負載均衡，最簡單的方式是靜態(tài)權重法，缺點是無法自適應動態(tài)調整
• 動態(tài)權重法，可以動態(tài)的根據(jù)服務器的處理能力來分配負載，需要有連接池層面的微小改動
• 過載保護，是在負載過高時，服務器為了保護自己，保證一定處理能力的一種自救方式
• 動態(tài)權重法，還可以用做服務器的過載保護

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉載請聯(lián)系原作者】

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