上一节中,我们添加了@LoadBalanced注解,即可实现负载均衡功能,这是什么原理呢?

负载均衡原理

SpringCloud底层其实是利用了一个名为Ribbon的组件,来实现负载均衡功能的。 那么我们发出的请求明明是http://userservice/user/1,怎么变成了http://localhost:8081的呢?

什么是 Ribbon

  1. Ribbon 是一个基于 Http 和 TCP 的客服端负载均衡工具,它是基于 Netflix Ribbon 实现的。

  2. 它不像 spring cloud 服务注册中心、配置中心、API 网关那样独立部署,但是它几乎存在于每个Spring cloud 微服务中。包括 feign 提供的声明式服务调用也是基于该 Ribbon实现的。

  3. Ribbon 默认提供很多种负载均衡算法,例如 轮询、随机 等等。甚至包含自定义的负载均衡算法。

在客户端节点会维护可访问的服务器清单,服务器清单来自服务注册中心,通过心跳维持服务器清单的健康性。

开启客户端负载均衡调用:

  1. 服务提供者启动多个服务实例注册到服务注册中心;

  2. 服务消费者直接通过调用被@LoadBalanced 注解修饰过的RestTemplate 来实现面向服务的接口调用。

集中式与进程内负载均衡的区别

目前业界主流的负载均衡方案可分成两类:

  1. 集中式负载均衡, 即在 consumer 和 provider 之间使用独立的负载均衡设施(可以是硬件,如F5, 也可以是软件,如 Nginx), 由该设施负责把 访问请求 通过某种策略转发至 provider;

  2. 进程内负载均衡,将负载均衡逻辑集成到 consumer,consumer 从服务注册中心获知有哪些地址可用,然后自己再从这些地址中选择出一个合适的 provider。Ribbon 就属于后者,它只是一个类库,集成于 consumer 进程,consumer 通过它来获取到 provider 的地址。

源码跟踪

为什么我们只输入了service名称就可以访问了呢?之前还要获取ip和端口。

显然有人帮我们根据service名称,获取到了服务实例的ip和端口。它就是LoadBalancerInterceptor,这个类会在对RestTemplate的请求进行拦截,然后从Eureka根据服务id获取服务列表,随后利用负载均衡算法得到真实的服务地址信息,替换服务id。

我们进行源码跟踪:

LoadBalancerIntercepor

可以看到这里的intercept方法,拦截了用户的HttpRequest请求,然后做了几件事:

  • request.getURI():获取请求uri,本例中就是 http://user-service/user/8

  • originalUri.getHost():获取uri路径的主机名,其实就是服务id,user-service

  • this.loadBalancer.execute():处理服务id,和用户请求。

这里的this.loadBalancerLoadBalancerClient类型,我们继续跟入。

LoadBalancerClient

继续跟入execute方法: 代码是这样的:

  • getLoadBalancer(serviceId):根据服务id获取ILoadBalancer,而ILoadBalancer会拿着服务id去eureka中获取服务列表并保存起来。

  • getServer(loadBalancer):利用内置的负载均衡算法,从服务列表中选择一个。本例中,可以看到获取了8082端口的服务

放行后,再次访问并跟踪,发现获取的是8081: 果然实现了负载均衡。

负载均衡策略IRule

在刚才的代码中,可以看到获取服务使通过一个getServer方法来做负载均衡: 我们继续跟入: 继续跟踪源码chooseServer方法,发现这么一段代码: 我们看看这个rule是谁: 这里的rule默认值是一个RoundRobinRule,看类的介绍: 这不就是轮询的意思嘛。

到这里,整个负载均衡的流程我们就清楚了。

总结

SpringCloudRibbon的底层采用了一个拦截器,拦截了RestTemplate发出的请求,对地址做了修改。用一幅图来总结一下: 基本流程如下:

  • 拦截我们的RestTemplate请求http://userservice/user/1

  • RibbonLoadBalancerClient会从请求url中获取服务名称,也就是user-service

  • DynamicServerListLoadBalancer根据user-service到eureka拉取服务列表

  • eureka返回列表,localhost:8081、localhost:8082

  • IRule利用内置负载均衡规则,从列表中选择一个,例如localhost:8081

  • RibbonLoadBalancerClient修改请求地址,用localhost:8081替代userservice,得到http://localhost:8081/user/1,发起真实请求

负载均衡策略

负载均衡策略

负载均衡的规则都定义在IRule接口中,而IRule有很多不同的实现类: 不同规则的含义如下: 内置负载均衡规则类****规则描述RoundRobinRule简单轮询服务列表来选择服务器。它是Ribbon默认的负载均衡规则。AvailabilityFilteringRule对以下两种服务器进行忽略: (1)在默认情况下,这台服务器如果3次连接失败,这台服务器就会被设置为“短路”状态。短路状态将持续30秒,如果再次连接失败,短路的持续时间就会几何级地增加。 (2)并发数过高的服务器。如果一个服务器的并发连接数过高,配置了AvailabilityFilteringRule规则的客户端也会将其忽略。并发连接数的上限,可以由客户端的<clientName>.<clientConfigNameSpace>.ActiveConnectionsLimit属性进行配置。WeightedResponseTimeRule为每一个服务器赋予一个权重值。服务器响应时间越长,这个服务器的权重就越小。这个规则会随机选择服务器,这个权重值会影响服务器的选择。ZoneAvoidanceRule以区域可用的服务器为基础进行服务器的选择。使用Zone对服务器进行分类,这个Zone可以理解为一个机房、一个机架等。而后再对Zone内的多个服务做轮询。BestAvailableRule忽略那些短路的服务器,并选择并发数较低的服务器。RandomRule随机选择一个可用的服务器。RetryRule重试机制的选择逻辑 默认的实现就是ZoneAvoidanceRule,是一种轮询方案

自定义负载均衡策略

通过定义IRule实现可以修改负载均衡规则,有两种方式:

  1. 代码方式:在order-service中的OrderApplication类中,定义一个新的IRule:

  2. 配置文件方式:在order-service的application.yml文件中,添加新的配置也可以修改规则:

注意,一般用默认的负载均衡规则,不做修改。

饥饿加载

Ribbon默认是采用懒加载,即第一次访问时才会去创建LoadBalanceClient,请求时间会很长。

而饥饿加载则会在项目启动时创建,降低第一次访问的耗时,通过下面配置开启饥饿加载: